检索结果-内蒙古大学图书馆

稀有金属材料与工程 2025年第1期54卷 171-183页

作者：高付豪吕滨江郭峰崔宁徐铁伟青岛理工大学机械与汽车工程学院山东青岛266520 青岛理工大学工业流体节能与污染控制教育部重点实验室山东青岛266520

以挤压态Mg-2Al-Zn(AZ21)合金为研究对象,研究了在基体中少量复合添加低成本Sn(1%,质量分数)和Mn(0.5%,质量分数)元素对AZ21合金微弧氧化涂层组织和性能的影响。在基体中复合添加Sn和Mn元素后,并未改变涂层中相的构成,涂层中主要为MgO、... 详细信息

以挤压态Mg-2Al-Zn(AZ21)合金为研究对象,研究了在基体中少量复合添加低成本Sn(1%,质量分数)和Mn(0.5%,质量分数)元素对AZ21合金微弧氧化涂层组织和性能的影响。在基体中复合添加Sn和Mn元素后,并未改变涂层中相的构成,涂层中主要为MgO、MgAl_(2)O_(4)和AlPO_(4)相;涂层厚度和孔隙率稍有增加,厚度由8.49μm增加到9.60μm,孔隙率由5.05%增加到5.75%。通过干摩擦磨损实验、浸泡实验和电化学测试分别评估了基体和涂层的耐磨性和耐蚀性。结果表明,微弧氧化涂层明显改善了基体的耐磨性和耐蚀性。Sn和Mn的复合添加改善了涂层的耐磨性,但其涂层的耐蚀性有所下降,涂层的磨损率由3.53×10^(-5)mm^(3)·(N·m)^(-1)减小到2.993×10^(-5)mm^(3)·(N·m)^(-1),涂层的腐蚀电流密度由3.14×10^(-6)A·cm^(-2)增加到4.18×10^(-6)A·cm^(-2)。

关键词：微弧氧化涂层 Sn和Mn复合添加耐磨性耐蚀性

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纳米颗粒对ZM5镁合金微弧氧化涂层耐磨和耐蚀性能的影响

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表面技术 2022年第12期51卷 131-141页

作者：李健鹏万红霞涂小慧李卫郭静宋东东暨南大学先进耐磨蚀及功能材料研究院广州510632 中国石油大学(北京)新能源与材料学院北京102249 中国特种设备检测研究院北京101300 华北电力大学电站能量传递转化与系统重点实验室北京102206

目的进一步提高ZM5镁合金微弧氧化(MAO)涂层的耐磨和耐蚀性能。方法在镁合金表面制备了不含与含有SiC和CeO_(2)纳米颗粒的3种MAO涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对MAO涂层的表面形貌和成... 详细信息

目的进一步提高ZM5镁合金微弧氧化(MAO)涂层的耐磨和耐蚀性能。方法在镁合金表面制备了不含与含有SiC和CeO_(2)纳米颗粒的3种MAO涂层。使用扫描电子显微镜(SEM)、能量色散X射线光谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD),对MAO涂层的表面形貌和成分结构进行分析,通过摩擦试验测试了涂层的耐磨性能,通过极化曲线(Tafel)和电化学阻抗谱(EIS)测试了涂层的耐蚀性能。结果含有SiC纳米颗粒的MAO涂层厚度、硬度分别提升了19.40%、86.56%,含有CeO_(2)纳米颗粒的MAO涂层厚度、硬度分别提升了3.74%、44.59%。含有SiC纳米颗粒的涂层孔隙率升高6.60%,而添加CeO_(2)使涂层的孔隙率下降23.90%。摩擦试验表明,不含纳米颗粒的MAO涂层磨痕深度为36.4µm,而含有纳米颗粒的涂层磨痕深度可以忽略不计。Tafel试验表明,CeO_(2)纳米颗粒可以显著降低MAO涂层的腐蚀电流密度,从1.41×10^(‒9) A/cm^(2)降至5.72×10^(-10) A/cm^(2)。同时延长了涂层的稳定钝化区间180 mV。EIS试验也表明,浸泡前后,含有CeO_(2)纳米颗粒的涂层都具有最高的低频阻抗值。结论纳米颗粒可以填充MAO涂层中的孔隙和裂纹,增大涂层的厚度和硬度,因此有效地改善涂层的耐磨性能。但在MAO处理时,SiC纳米颗粒增大了涂层的稳定电流密度,提高了等离子体放电强度,导致纳米颗粒的填充作用不明显,使涂层孔隙率升高。同时,含有CeO_(2)纳米颗粒的涂层具有较小的孔隙率,并且厚度较大。因此CeO_(2)纳米颗粒还可以有效地改善涂层的耐蚀性能。

关键词： ZM5镁合金微弧氧化涂层纳米颗粒耐磨性能耐蚀性能

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表面含硅微弧氧化涂层镁合金ZK60体外与成骨细胞生物相容性的研究

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中国修复重建外科杂志 2013年第5期27卷 612-618页

作者：杨小明尹庆水张余李梅蓝国波林潇谭丽丽杨柯南方医科大学研究生学院广州510515 广州军区总医院骨科医院骨科实验室中国科学院金属研究所

目的研究表面含硅微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)涂层镁合金ZK60体外与成骨细胞的生物相容性。方法扫描电镜观察表面含硅MAO涂层镁合金ZK60的表面形貌,并用能谱分析仪检测涂层元素组成。实验分为表面含硅MAO涂层镁合金ZK60组(A组)... 详细信息

目的研究表面含硅微弧氧化(micro-arc oxidation,MAO)涂层镁合金ZK60体外与成骨细胞的生物相容性。方法扫描电镜观察表面含硅MAO涂层镁合金ZK60的表面形貌,并用能谱分析仪检测涂层元素组成。实验分为表面含硅MAO涂层镁合金ZK60组(A组)、无涂层镁合金ZK60组(B组)、医用钛合金组(C组)及空白对照组(D组)。取A、B、C组对应材料按照ISO 10993-12标准(试样表面积/浸体介质=1.25 cm2/mL)分别制备材料浸提液并培养小鼠前成骨细胞MC3T3-El,D组采用含10%FBS的α-MEM培养基进行培养。倒置相差显微镜观察细胞形态,MTT法检测细胞增殖活力,并检测成骨细胞ALP表达活性。扫描电镜观察A、B、C组材料表面细胞黏附形态,检测涂层表面的蛋白吸附能力,采用DAPI观察细胞早期黏附情况,钙黄绿素/乙锭均二聚物1(calcein-AM/ethidium homodimer 1,calcein-AM/EthD-1)双重染色观察细胞生长状态。结果扫描电镜下见表面含硅MAO涂层镁合金ZK60呈粗糙、多孔表面形态,涂层的主要组成元素为Mg、O和Si。材料浸提液培养后各组细胞轮廓清晰、形态良好,其中A组细胞伸展性更好。培养5 d时,MTT检测示A组细胞增殖活力明显高于其他组(P<0.05)。扫描电镜观察见A、C组材料表面细胞伸展性良好,优于B组,且A组细胞与材料表面黏附更紧密。A组材料表面蛋白吸附量为(152.7±6.3)μg/mL,明显高于B、C组的(96.3±3.9)、(96.1±8.7)μg/mL(P<0.05);各时间点A组细胞黏附数量均明显高于B、C组(P<0.05)。calcein-AM/EthD-1双染观察见A、C组材料表面细胞生长状态优于B组。A、B组ALP表达分别为15.55±0.29和13.75±0.44,明显高于C、D组的10.43±0.79和10.73±0.47(P<0.05),且A组高于B组(P<0.05)。结论表面含硅MAO涂层镁合金ZK60可促进成骨细胞增殖、黏附及分化,具有良好生物相容性,是一种较理想的镁合金表面改性方法。

关键词：硅微弧氧化涂层镁合金成骨细胞生物相容性

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微弧氧化涂层促进3D打印个性化钛种植体骨愈合的体内实验研究

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中国医科大学学报 2023年第10期52卷 950-954页

作者：徐延于晴房睿阎旭丛芳王文茉张桂荣沈阳市口腔医院综合门诊沈阳110002 中国医科大学口腔医学院·附属口腔医院干诊科沈阳110002 沈阳市口腔医院科教科沈阳110002

探讨微弧氧化涂层对3D打印个性化钛种植体体内骨愈合的效果。基于CT影像技术获得目标牙牙根三维模型,利用计算机辅助设计(CAD)构建与牙根形态一致的个性化钛种植体,通过电子束熔融技术进行3D打印制造种植体。在个性化钛种植体表面制备... 详细信息

探讨微弧氧化涂层对3D打印个性化钛种植体体内骨愈合的效果。基于CT影像技术获得目标牙牙根三维模型,利用计算机辅助设计(CAD)构建与牙根形态一致的个性化钛种植体,通过电子束熔融技术进行3D打印制造种植体。在个性化钛种植体表面制备微弧氧化涂层(微弧氧化涂层组),并设置对照组(个性化钛种植体表面未制备微弧氧化涂层)。拔除比格犬双侧下颌第四前臼齿,即刻植入个性化种植体,观察术后种植体骨愈合情况。结果显示,与对照组比较,微弧氧化涂层组种植体表面更加粗糙,元素含量更加丰富;种植体周围骨质更丰富,与种植体结合更紧密。因此认为,电子束熔融3D打印技术可制作出与目标牙形态完全一致的钛种植体,微弧氧化涂层可促进3D打印个性化钛种植体骨愈合。

关键词：微弧氧化涂层个性化钛种植体 3D打印骨愈合体内实验

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Mg-7Li合金微弧氧化涂层及其腐蚀和摩擦性能研究

Mg-7Li合金微弧氧化涂层及其腐蚀和摩擦性能研究

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作者：李俊刚哈尔滨工业大学

学位级别：博士

镁锂合金具有良好的综合性能，是部件轻量化理想材料。耐腐蚀、耐磨性能差是制约镁锂合金应用的主要因素。对镁锂合金表面处理是改善其性能的最佳方法。采用微弧氧化处理提高镁锂合金的性能，对增强国家的航天航空水平，军事实力及在电... 详细信息

镁锂合金具有良好的综合性能，是部件轻量化理想材料。耐腐蚀、耐磨性能差是制约镁锂合金应用的主要因素。对镁锂合金表面处理是改善其性能的最佳方法。采用微弧氧化处理提高镁锂合金的性能，对增强国家的航天航空水平，军事实力及在电子、汽车等工业领域的竞争力有重大意义。本文采用优化的微弧氧化（MAO）工艺，对镁锂合金进行表面处理，选择不同添加剂来提高涂层生长速率，改善涂层组织结构，获得了以植酸为添加剂制备的耐蚀、耐磨性能优异的涂层。利用TEM、AFM、SEM、EDS、XRD、XPS等手段分析微弧氧化涂层的微观组织和相成分，利用数码影像技术分析放电微弧形态，探讨微弧氧化涂层形成过程。采用动态极化曲线和电化学阻抗谱（EIS）研究合金及微弧氧化涂层的耐蚀性能、涂层的阻抗变化及腐蚀机理；采用球-盘式磨损试验机测试涂层的摩擦磨损性能。通过研究Mg-7Li合金微弧氧化电解液中硅酸钠浓度以及电参数对涂层结构的影响来优化微弧氧化工艺参数，结果表明：当硅酸钠浓度由10g/L提高至30g/L，微弧氧化涂层厚度由8μm增加到23μm。随着电压、占空比和时间的增加，涂层的生长速度加快，涂层厚度增大，微孔数量减少，表面变得粗糙；频率的升高则降低涂层厚度，使表面平整。硅酸钠电解液制备的微弧氧化涂层主要由MgO、Li2O2和Mg2SiO4组成。硅酸钠体系最佳微弧氧化工艺参数为：恒压方式，硅酸钠浓度15～20g/L、电压400～450V、时间30min、频率200～400Hz、占空比10～15%。为提高涂层厚度、调整涂层的组织结构，优化涂层耐蚀和耐磨性能，通过加入柠檬酸钠、硼酸钠、钨酸钠、氟化钠及植酸(C6H18O24P6)等添加剂研究微弧氧化涂层组织结构变化，结果表明：添加剂的加入均能提高涂层的厚度，降低涂层表面微孔数量，其中植酸添加剂的加入使涂层最大厚度达27μm。植酸的螯合作用吸附Mg2+、Li+等离子形成链状结构，提高涂层生长速率。微弧放电状态影响涂层生长过程，对普通数码影像分析结果表明：随着硅酸钠浓度、电源电压、加电时间的增加以及添加剂的加入，放电微弧数量减少，微弧发生合并，微弧直径变粗。高速影像分析表明：硅酸钠电解质溶液中，一个脉冲周期内，同一位置的放电击穿持续到脉冲结束；不同的脉冲周期中，放电击穿反复在同一位置进行，其断续时间达160ms；电压的升高加快了放电击穿位置的迁移；硼酸钠和1.5mL/L植酸添加剂的加入，促进放电击穿位置的快速迁移，而氟化钠和3mL/L植酸的加入使放电击穿反复在同一位置且断续时间增加。植酸的加入，使放电反复击穿断续时间达220ms。通过对镁锂合金微弧氧化涂层组织结构、相组成及元素结合能分析，结合放电微弧形态，得出微弧氧化涂层生长过程为：镁锂合金表面形成双电层；产生微弧等离子放电；发生高温高压化合反应；内部隐弧持续放电；溶液对熔融物冷淬形成涂层。极化曲线及阻抗谱是评价镁锂合金耐蚀性能优劣的依据。对Mg-7Li合金及其微弧氧化涂层在3.5wt.%NaCl溶液中的极化曲线和阻抗进行研究，结果表明： Mg-7Li合金的腐蚀电极电位和腐蚀电流密度分别为-1.5857V和2.235×10-4A/cm2。Mg-7Li合金在3.5%NaCl溶液中最大阻抗值为250ohm·cm2。不同硅酸钠浓度和不同添加剂制备的微弧氧化涂层的腐蚀电极电位相对于基体均有所提高，腐蚀电流密度相对于基体均降低。其中，添加3mL/L C6H18O24P6的涂层腐蚀电极电位为-1.4761V，比基体合金正移了109.6mV，腐蚀电流密度为7.204×10-7A·cm-2，比基体合金降低3个数量级。硅酸钠系微弧氧化涂层在3.5%NaCl溶液中稳定0.5h后的阻抗值比基体阻抗值提高10倍以上；植酸-硅酸钠系微弧氧化涂层的阻抗值达到10050ohm·cm2。对合金基体和植酸-硅酸钠系微弧氧化涂层在3.5%NaCl溶液浸泡2～120h阻抗测试表明，随着浸泡时间延长，合金基体阻抗值越来越小，浸泡120h后阻抗值为70ohm·cm2，基体被腐蚀为粉末。微弧氧化涂层浸泡初期还能保持15倍于基体的阻抗，120h后仍维持300ohm·cm2。对极化曲线、阻抗谱及等效电路模型拟合的研究表明：有微弧氧化涂层合金的腐蚀机理为腐蚀溶液微孔渗透促溶。涂层腐蚀过程为溶液渗入涂层微孔—Cl-优先吸附于涂层—形成可溶性氯盐—涂层脱落—全面腐蚀。研究干摩擦磨损试验条件下Mg-7Li合金和表面微弧氧化涂层摩擦磨损性能，结果表明：Mg-7Li合金的摩擦系数保持在0.08～0.20。合金经微弧氧化处理后，涂层的摩擦系数相对于合金基体均降低，耐摩擦磨损性能显著提高。随着电解液中硅酸钠量增加，摩擦系数增大，并出现宽幅跳动。有添加剂的微弧氧化涂层摩擦系数小于0.15

关键词： Mg-7Li合金微弧氧化涂层植酸腐蚀性能摩擦磨损性能

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Ti6Al4V合金微弧氧化涂层的形成机制与摩擦学行为

Ti6Al4V合金微弧氧化涂层的形成机制与摩擦学行为

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作者：王亚明哈尔滨工业大学

学位级别：博士

为了在Ti6Al4V合金表面获得良好的减摩涂层,本文进行了Si-P-（Al或Mo）、P-F-Al及Al-C三种电解液体系中的微弧氧化试验,并优选出最佳工艺参数。利用XRD、SEM、EPMA、XPS、TEM等手段对涂层的微观组织结构进行了分析,研究了涂层的形成机制... 详细信息

为了在Ti6Al4V合金表面获得良好的减摩涂层,本文进行了Si-P-（Al或Mo）、P-F-Al及Al-C三种电解液体系中的微弧氧化试验,并优选出最佳工艺参数。利用XRD、SEM、EPMA、XPS、TEM等手段对涂层的微观组织结构进行了分析,研究了涂层的形成机制,并测试了涂层在滑动与微动条件下的摩擦学性能。试验表明,涂层内层致密、外层疏松,表面多微孔（孔径2～5μm）。同一电解液中单脉冲的放电能量是决定涂层生长速率与组织结构的主要因素。恒流比恒压氧化时涂层生长速率高,但表面疏松。恒流+脉冲参数分级式调节使脉冲能量合理分配,能提高涂层生长速率及表面质量。涂层的组织结构主要取决于电解液体系。Si-P-（Al或Mo）涂层由纳米晶（<50nm）金红石和锐钛矿TiO2组成,并有少量SiO2和非晶化合物。P-F-Al涂层由纳米晶（<60nm）金红石TiO2及AlPO4相组成。Al-C涂层由板条形（宽100nm,长几百nm）Al2TiO5构成,内层有少量Al2O3及Ti2O相。 P元素在邻近膜基界面的内层富集表明,微弧放电时形成贯穿涂层的放电通道,PO43-离子以放电通道“短路径”向膜基界面迁移,新涂层产物形成于膜基界面邻近区域。通道内熔融产物冷电解液及基底的瞬间冷却,凝固并沉积于通道内壁。冷却时产生的温度梯度,导致通道边缘形成柱状晶。与基底接壤的新生涂层为纳米晶（仅几nm）,反复放电使新生层向基底侧推移。放电在膜基界面或其邻近区域产生,但局部瞬间高温不改变基底的原始组织。在初始阶段涂层以向基底外侧生长为主,黄色火花出现后涂层以向内生长为主,向外生长的涂层厚度小于总厚度的30%。涂层致密层硬度高,疏松层硬度较低,但高于Ti6Al4V基底硬度。Si-P-Al、P-F-Al及Al-C涂层最高显微硬度分别为HV800、HV580和HV800。不同涂层硬度的差别主要取决于涂层相组成。Si-P-Al、P-F-Al及Al-C涂层的剪切膜基结合强度分别为70MPa、40MPa和110MPa。涂层破坏有两种方式:膜基界面处的脱层破坏及涂层内部的内聚破坏,内聚破坏越显著则结合强度越高。不同涂层经500oC温差50次热冲击后,涂层不剥落,表明涂层抗热震性良好。涂层自身物相结构与致密性决定抗腐蚀性依次为Al-C涂层>Si-P-Al涂层>P-F-Al涂层>Ti6Al4V基底。

关键词： Ti6Al4V 微弧氧化涂层组织结构形成机制摩擦学行为

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钛合金表面激光同步复合微弧氧化涂层的生长特性与性能研究

钛合金表面激光同步复合微弧氧化涂层的生长特性与性能研究

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作者：王晔浙江工业大学

学位级别：博士

在航天航空、海洋工程等领域中，微弧氧化（Micro-arcoxidation，MAO）技术由于能有效提高钛合金零部件的表面性能而得到了广泛的研究，但是该技术仍存在涂层生长质量随氧化时间下降、难以实现选区性精确控制等技术瓶颈。目前，通过引... 详细信息

在航天航空、海洋工程等领域中，微弧氧化（Micro-arcoxidation，MAO）技术由于能有效提高钛合金零部件的表面性能而得到了广泛的研究，但是该技术仍存在涂层生长质量随氧化时间下降、难以实现选区性精确控制等技术瓶颈。目前，通过引入外部能场或工艺来调控微弧氧化过程已成为突破单一微弧氧化技术瓶颈的重要发展趋势。激光作为一种能场，可通过其辐照电极表面所产生的热致电化学、力致电化学和光致电化学等一系列效应来调控电极表面电化学反应过程。基于此，本文在总结现有激光复合电化学研究的基础上，进一步提出激光同步复合微弧氧化技术（Laser-MAOhybridprocessing，LMAO），并针对复合加工中阳极表面放电特征、涂层生长特性、激光的影响机制以及涂层的性能展开研究。主要研究结果如下：　　（1）将激光熔凝作为微弧氧化加工的前处理工艺，研究了激光熔凝处理对Ti6Al4V合金表面特征以及后续微弧氧化涂层生长特性的影响。结果表明，激光熔凝在基材表面形成了具有大量针状α’马氏体组织和少量β组织的熔凝层，并降低了基材的表面粗糙度，Ra值从1.22μm降至0.35μm。在后续的微弧氧化过程中，细小的α’马氏体组织加速了元素之间的相互扩散，并为介电膜的形成提供了更多的形核点，进而产生更多且更加细小的放电通道。基材表面粗糙度降低则有利于削弱微弧氧化过程中的选择性放电，提高涂层的均匀性。因此，激光熔凝处理不仅能替代传统微弧氧化的化学前处理步骤，还可达到改善涂层质量的效果。　　（2）对激光同步复合微弧氧化涂层的组织结构与特性展开研究。研究结果表明，同步激光复合微弧氧化的方法不仅可以有效调控和促进涂层生长过程，突破原来涂层生长质量随时间呈现下降趋势的生长模式，而且有望调控元素和相组成。在涂层生长方面，激光同步作用下阳极表面放电弧斑数量的增多使得涂层分区差异生长减弱，激光同步复合微弧氧化涂层因此表现出了比微弧氧化涂层更均匀的表面形貌，更小的孔洞直径以及更低的表面粗糙度，同时涂层在厚度和增长速率得到增加。与单一微弧氧化加工相比，激光同步复合微弧氧化所制备的涂层在厚度上增长了40%，氧化后期的涂层生长速率提高了2倍左右。在元素和相组成方面，激光同步复合微弧氧化涂层相比于微弧氧化涂层在Si元素含量和金红石比例上分别提高了21%和15%。Si元素主要以非晶态SiO2存在于涂层中，其含量的增加和分布的均匀化共同使得激光同步复合微弧氧化涂层在XRD图谱上表现出更强的SiO2宽峰衍射强度。　　（3）通过对激光在微弧氧化不同阶段中的作用机制研究，阐明了激光同步复合微弧氧化涂层的生长机制。激光作用在阳极表面形成局部强加热区的同时，可通过引起气泡的膨胀与溃灭来产生搅拌作用，电化学反应传质过程和局部电流密度由此得到增强。在阳极氧化阶段中，介电膜阻抗性能的提高、膜层中SiO2的形成以及激光作用促进放电所需气体和电场条件的形成共同使得激光同步复合微弧氧化中阳极表面以更低的电压更快地发生了击穿，并产生放电。在微弧放电阶段中，涂层阻抗性能的提高致使激光同步复合微弧氧化的放电在更低的电压下得以进行，而放电弧斑数量的增多、放电密度的提高是激光引起局部电流密度增加和放电等离子体对激光能量吸收的共同作用结果。氧化5min时，能量密度0.12J/mm2的激光作用可使放电弧斑的平均直径降低1.7倍，由1.021±0.053mm下降至0.601±0.041mm，而放电密度从7.139%提高至10.53%。在涂层的生长机制上，激光诱导出更多的放电弧斑促使涂层更快地完成横向发展并转为垂直生长，而放电等离子体对激光能量的吸收则为涂层生长加速提供驱动力。　　（4）对激光同步复合微弧氧化涂层和微弧氧化涂层的耐磨与耐蚀性能进行了对比研究。结果表明，激光同步复合微弧氧化涂层相比于微弧氧化涂层，磨损更加均匀，摩擦系数更低且更为稳定，磨痕宽度降低的同时涂层剥落减少。磨损30min后，激光能量密度0.12J/mm2下制备的激光同步复合微弧氧化涂层的磨损率为0.141×10-6mm3N-1m-1，较微弧氧化涂层降低了50.71%，同时摩擦系数由微弧氧化涂层的0.35降低至0.20，磨痕宽度减少了31%。在涂层的耐蚀性能方面，疏松层和致密层的共同改善使得激光同步复合微弧氧化涂层在基材和腐蚀溶液之间形成了更好的屏障，并有效抑制和阻碍了腐蚀液与基体之间的离子交换。因此，激光同步复合微弧氧化涂层展现出了比微弧氧化涂层更好的耐蚀性能。　　综上，本文的研究结果将进一步丰富激光与电化学复合加工理论，并为提高微弧氧化涂层质量、拓宽钛合金在航天航空等领域的应用提供新的思路和方法。

关键词：钛合金电极表面微弧氧化涂层激光同步复合耐蚀性能

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镁基材料微弧氧化涂层的组织性能与生长行为研究

镁基材料微弧氧化涂层的组织性能与生长行为研究

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作者：王艳秋哈尔滨工业大学

学位级别：博士

本文以提高镁基材料的耐腐蚀性能为主要目的,采用微弧氧化表面处理技术在AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料、SiCw/AZ91复合材料表面制备涂层。利用SEM、XRD、XPS等方法观测微弧氧化涂层的微观组织结构;通过电化学试验和浸泡腐蚀试验... 详细信息

本文以提高镁基材料的耐腐蚀性能为主要目的,采用微弧氧化表面处理技术在AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料、SiCw/AZ91复合材料表面制备涂层。利用SEM、XRD、XPS等方法观测微弧氧化涂层的微观组织结构;通过电化学试验和浸泡腐蚀试验评价微弧氧化涂层的耐腐蚀性能及腐蚀行为;对微弧氧化涂层的弹性模量、硬度、摩擦学行为进行分析测试,并通过拉伸试验考察微弧氧化处理对镁基材料力学性能的影响规律。研究微弧氧化涂层的形成与生长过程,揭示不同类型的第二相对镁合金和镁基复合材料微弧氧化行为的影响机制。对微弧氧化涂层的组织结构观测表明:电参数通过改变施加在基底材料上的能量密度来影响涂层的生长速度和组织结构;不同的镁基材料呈现出不同的微弧氧化行为和不同的涂层组织结构。Al18B4O33w/AZ91复合材料具有与AZ91合金相似的电压演变趋势和相近的起弧时间,而SiCw/AZ91复合材料的电压演变趋势不理想,起弧时间偏长,涂层相对粗糙。镁基材料的微弧氧化涂层均以晶态的MgO相为主要组成相,但是电解液成分和基底材料成分都会影响涂层的相组成。微弧氧化处理能够大幅度提高镁基材料的耐腐蚀性能,调整电参数和电解液成分改变涂层的厚度和组织结构,进而影响涂层的耐腐蚀性能。在电化学加速腐蚀和浸泡腐蚀条件下,AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料和SiCw/AZ91复合材料的微弧氧化涂层分别表现出不同的腐蚀行为。微弧氧化涂层的弹性模量和硬度均远大于对应镁基材料的弹性模量和硬度。微弧氧化处理显著提高了镁基材料的耐磨性,微弧氧化涂层在与GCr15钢球对磨的过程中发生磨粒磨损和粘着磨损,但AZ91合金、Al18B4O33w/AZ91复合材料和SiCw/AZ91复合材料的微弧氧化涂层由于具有不同的微观组织结构特征而表现出不同的磨损机制。合理选择电参数可以使微弧氧化处理在满足表面防护要求的同时尽可能避免或减小对镁基材料机械性能的破坏。通过对比分析各种镁基材料的微弧氧化行为发现,不同性质的析出相或增强相对镁合金和镁基复合材料微弧氧化涂层形成过程的影响机制不同。AZ91合金中的Mg17Al12相与Mg-Si合金中的Mg2Si相本身能够形成阻挡层,因而不会抑制微弧氧化涂层的生长;电绝缘性能良好的Al18B4O33晶须不会阻碍Al18B4O33w/AZ91复合材料微弧氧化涂层的生长;SiC晶须却由于具有一定的导电性而破坏了阻挡层的完整性,延缓了SiCw/AZ91复合材料微弧氧化涂层的生长,SiC晶须在微弧氧化过程中发生氧化;导电性能良好的碳纤维严重阻碍微弧氧化涂层在镁基复合材料上的形成。

关键词：镁基材料微弧氧化涂层耐蚀性机械性能第二相涂层生长

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Er(NO_3)_3含量对钛合金微弧氧化涂层性能的影响

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兵器装备工程学报 2019年第5期40卷 200-204页

作者：李英男李成海张云龙胡明王涛潘佳琦杨涵崧李国晶佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

在已优化的硅酸盐电解液体系和电化学参数下对TC4微弧氧化处理,测定获得的TiO_2陶瓷涂层相组成、显微硬度、摩擦因数以及三维轮廓等性能参数; TC4微弧氧化相组成由锐钛矿相TiO_2和金红石相TiO_2构成;随着电解液中Er(NO_3)_3含量增加,TC... 详细信息

在已优化的硅酸盐电解液体系和电化学参数下对TC4微弧氧化处理,测定获得的TiO_2陶瓷涂层相组成、显微硬度、摩擦因数以及三维轮廓等性能参数; TC4微弧氧化相组成由锐钛矿相TiO_2和金红石相TiO_2构成;随着电解液中Er(NO_3)_3含量增加,TC4微弧氧化涂层中金红石相TiO_2的衍射峰逐渐加强;随着Er(NO_3)_3浓度增加,添加Er(NO_3)_3的TC4微弧氧化涂层的显微硬度先增加后降低,当Er(NO_3)_3浓度为1. 25‰时,其硬度出现最大值,约为4 460 MPa; Er(NO_3)_3加入量对TC4微弧氧化涂层摩擦因数有影响,当Er(NO_3)_3含量低于1‰时,其摩擦因数在0. 3～0. 45,耐磨性较好;当Er(NO_3)_3加入量高于1‰时,其摩擦因数有所升高,耐磨性降低。

关键词：微弧氧化涂层摩擦因数显微硬度稀土硝酸盐

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La(NO3)3与Ce(NO3)3比例对AZ31镁合金微弧氧化涂层显微硬度与耐磨性能的影响

引用

轻金属 2020年第3期 31-35页

作者：李海滨张瑞霞李成海张云龙胡明尹东松王涛杨涵崧佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

针对镁合金耐磨性偏低的问题,利用微弧氧化技术在AZ31镁合金表面制备陶瓷涂层,探究微弧氧化电解液中添加La(NO3)3与Ce(NO3)3比例对AZ31镁合金微弧氧化(MAO)涂层显微硬度以及摩擦因数的影响。结果表明:AZ31镁合金微弧氧化涂层主要由MgO、... 详细信息

针对镁合金耐磨性偏低的问题,利用微弧氧化技术在AZ31镁合金表面制备陶瓷涂层,探究微弧氧化电解液中添加La(NO3)3与Ce(NO3)3比例对AZ31镁合金微弧氧化(MAO)涂层显微硬度以及摩擦因数的影响。结果表明:AZ31镁合金微弧氧化涂层主要由MgO、MgSiO3和MgSiO4等相组成,未检测到原始添加的La和Ce等氧化物相。La(NO3)3与Ce(NO3)3添加能够降低镁合金涂层表面的微孔尺寸。随着电解液中La(NO3)3与Ce(NO3)3的添加比例增加,显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。与未添加稀土复合盐相比,电解液添加稀土盐后微弧氧化涂层的显微硬度有所提高。添加La(NO3)3与Ce(NO3)3不同比例,涂层表面粗糙度在6.1~7.6μm范围内变化,相比未添加稀土盐获得涂层的粗糙度降低约2~3μm。电解液中添加La(NO3)3与Ce(NO3)3复合盐后,所获得的微弧氧化涂层的摩擦因数降低。

关键词： AZ31镁合金微弧氧化涂层显微硬度稀土硝酸盐

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