合金改性

激光表面改性工艺及性能研究

摘要：钛及钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航天、航空、国防、汽车、医疗等领域。然而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。在保持钛合金固有性能优点的条件下，激光表面改性是从根本上解决钛合金表面性能较差这一缺陷的有效、经济、灵活且具有较强可设计性的方法之一。

本文运用CO2激光，在Ti6A14V钛合金表面进行激光表面改性，直接在Ti6A14V钛合金表面制得了具有优异耐磨性能和抗高温氧化性能，并与Ti6A14V钛合金基体之间呈现牢固冶金结合的复合材料涂层。

首先，为确保激光表面改性的顺利进行，研制了激光表面改性专用的同轴保护送粉装置，并探索了适合该同轴保护送粉装置的工艺参数，获得较高的粉末利用率和较好的保护效果。

其次，设计了激光表面改性材料体系。根据Ti6A14 V钛合金和激光表面改性的特点，设计出激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层、激光熔覆Mo-Ni基合金梯度涂层、激光表面原位生成TiC涂层和激光表面原位生成TiC+TiB:涂层四类材料体系。

再次，研制了激光表面改性工艺。分别研制出各种材料体系对应的激光工艺参数，制得激光表面改性层，着重研究了不同工艺参数对激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层的影响，探索最佳工艺参数。对激光表面改性涂层进行了微观分析，从表面至基体测试了显微硬度，发现涂层组织呈快速凝固特征，硬度梯度明显，有效地改善了涂层的应力分布状况。

最后，研究了激光表面改性涂层的摩擦学性能和抗高温氧化性能。研究发现，激光表面改性能够大大地提高了Ti6A14V钛合金的耐磨性能和抗高温氧化性能。

关键词:Ti6A14V钛合金，激光表面改性，微观组织，硬度梯度，耐磨性，抗高温氧化性

Abstract

Titanium alloys are used widely in aviation, national defence, automobile, medicine and other fields because of their advantages in lower density, excellent corrosion resistance, and good fatigue resistance etc. However, their high friction coefficient, high sensitivity to adhesive wear and fretting wear, as well as their weak resistance to wear and bad resistance to high temperature oxidation restricts the application of titanium alloys. Laser surface modification technique can change these surface defects of titanium alloys under the condition of keeping the virtues of titanium alloy substrate. For the reason, laser surface modification is one of effective, economic, appropriate and designable methods.

In this paper, surfaces of Ti6A14V alloy were modified by CO2 laser. Special composite metallurgy coatings, which have excellent wear resistance and high temperature oxidation resistance, were obtained directly on the surfaces of Ti6A14V alloy. Furthermore, the coatings showed good metallic combination with the substrate of titanium alloy.

In order to carry out the laser surface modification process successfully, a coaxial powder feed nozzle with gas protection was designed at first. Through investigations of suitable technical parameters of the coaxial powder feed nozzle with gas protection, a higher duty factor of powder and better protection effect was obtained.

Moreover, based on properties of the Ti6A14V alloy and characteristics of the laser surface modification, four types of coating were designed: laser cladding Ni-Ni base alloy gradient coating, laser cladding Mo-Ni base alloy gradient coating, laser surface in-suit formed TiC coating and laser surface in-suit formed TiC+TiB2 coating.

Furthermore, the suitable technical parameters of laser surface modification for each type of coating above-mentioned were established. Influences of different technical parameters to the laser cladding Ni-Ni base alloy gradient coating had been investigated emphatically and the most suitable technical parameters had been obtained. By means of SEM and micro-hardness tester, microstructure of the coatings was investigated, and micro-hardness was measured. The results showed that the coatings appeared representative characteristics of quick solidification, the micro-hardness appeared gradient character clearly from deep substrate to surface and the stress distribution was improved effectively.

At last, tribological characteristics and characteristics of high temperature oxidation resistance were tested. The results showed that laser surface modification could increase wear resistance and high temperature oxidation resistance of Ti6A14V alloy.

Key words: Ti6A14V alloy; laser surface modification;crostructure; hardness gradient; wear resistance; high temperature oxidation resistance

1钛合金表面改性技术

钛合金具有许多优异的性能，应用面越来越广，对其存在的表面性能较差的状况，也已引起越来越多工程技术人员的高度重视，并开发了多种工艺技术以解决这一问题。但这些方法不同程度地存在一些不足，影响了它们的应用范围。目前，钛合金常用的表面强化方法主要有以下几种：

1.1离子注入

离子注入是将注入元素离子化后，在电场中获得高能量，强行注入材料表面，从而改变其性能。钛合金表面主要的注入离子有N十、C十、Pb+等。离子注入最大的特点是原子与基材间呈原子级混合，不会出现剥落等现象;同时，离子注入可在常温下进行，工件不会发生变形。但是，因离子注入能量的制约，强化层很浅，一般不超过1μm，这对该技术的应用带来许多限制。

1.2离子渗氮

离子渗氮是钛合金表面改性的一种较好工艺。通过4h左右的离子渗氮处理，可在钛材表面获得一层0.2一0.3的渗氮层，表面硬度可达1000HV以上。钛合金离子渗氮层硬度高、抗疲劳性能好，但离子渗氮处理温度较高，一般都超过了800℃，因而工件的变形在所难免，对薄壁件、长杆件和大型件较难实施。

1.3双层辉光离子渗金属

双层辉光离子渗金属是利用离子轰击的原理，将一种或多种金属元素渗入工件表层的工艺技术，通过2一4h的处理，可获得.005nnn以上的合金化层，有效地提高钛合金表面的耐磨、耐蚀及疲劳性能。但是，由于金属元素向内扩散的需要，双层辉光离子渗金属处理必须在830一1000℃的高温下进行，必然会引起工件变形，而较薄的合金化层，不可能留出后续机加工的余量;其次，受渗入元素在钛基体中溶解度的影响，合金成分的设计受到限制，从而影响性能的进一步提高;另外，双层辉光离子渗金属处理的金属元素来源于金属靶(源极)，加工过程中存在明显的视线效应，对形状较复杂的工件难以做到所有面均匀强化，对内孔还会产生空心阴极效应，使工件过热。

1.4热喷涂

采用适当的合金体系，应用现代热喷涂技术，也可以实现钛合金的表面改性处理。该方法操作较简单，改性层的厚度调节范围宽，容易实现多种合金的搭配，但由于表面扫L械科学研究院硕l:研究生学位论文第一章绪论覆层与基体的结合强度相对较低，不易形成具有较高结合力的冶金结合，因而影响了它的疲劳性能。此外，微弧氧化、电镀等技术也广泛地应用在钛合金的表面改性方面。微弧氧化丁以使钛合金表面形成致密的氧化膜，起到良好的保护作用，并提高钛合金表面的硬度和耐磨性。但是，微弧氧化也存在处理温度较高，易使工件变形等缺点。电镀也可以提高认合金的表面性能，但电镀涂层与钛合金基体之间的结合力较低。

1.5激光表面改性

激光的发明及应用是20世纪对人类文明及社会进步影响最深远的重大科技成果之一，激光技术在材料科学及制造科学中的应用，大大促进了材料科学与工程及先进制造技术的发展激光表面改性是运用高能激光束对工件表面进行改变性能的技术，具有许多独有的特点。因此激光表面改性技术一直是材料科学与工程、制造科学与工程等领域最活跃、发展最迅速的前沿热点研究课题。自从七十年代大功率CO2激光器问世以来，美、日、英等国家对激表面改性技术给予了极大的重视，激光表面改性技术在世界各国得到迅猛发展。

激光具有四大特性:高亮度、高方向性、高单色性和高相干性。激光的能最密度高（可达104-108 M/cm2)，作用于工件表面时形成局部高温，基体的加热速度和冷却速度极快，般可达104-108 ℃/S。与传统的热加工技术相比，激光加工对基体的热影响区小得多，因此工件一般不产生热变形或变形量极小。此外，由于激光加工是光子与材料相互接触，故而对环境的污染小，是名副其实的绿色加工技术。进行激光表面改性处理的目的是为了制取与基体性能有较大差异的改性层，它包括激光淬火、激光表面合金化、激光熔覆等技术。激光淬火是运用高能激光束对工件以定速度进行扫描，使工件在激光照射下瞬间达到相变点以上高温，然后以极高的速度冷却，达到表面淬火的效果。激光表面合金化是添加某一种或几种合金元素在基体表面，在激光束的照射下形成熔池，并与基体材料发生冶金反应，获得含基体元素和添加元素的合余改性层。激光熔覆是将某种合金直接熔焊在基体表面，它与激光表面合金化比较类似，但两者的区别在于激光熔覆过程中表面改性层一般不掺杂基体元素。

激光表面改性技术是提高钛合金表面性能的有效手段，能够大幅度提高工件的使用寿命。与其他一些钛合金表面改性技术相比，激光表面改性技术的优点十分突出：

○1激光表面改性层稀释率低，且既可是多组元的化合物层，也可以是具有多种性

能匹配的梯度涂层;

○2激光表面改性层厚度容易调节，并可采用机加工的方式控制表面精度;

○3激光表面改性层与基体呈牢固的冶金结合，不会出现剥落现象;

○4激光表面改性处理速度快，热影响区小，不会引起基材性能和尺寸变化。

综上所述，采用先进的激光表面改性技术，直接在钛合金表面制备一层具有低摩擦

系数、优异耐磨性能、优异抗高温氧化性能或优异的生物力学相容性并与钛合金基材之间为牢固冶金结合的特殊材料的冶金涂层，无疑是在保持钛合金固有性能优点的条件下，从根本上解决钛合金上述性能缺点的最有效、最经济、最灵活和最具可设计性的方法之一。

2 钛合金激光表面改性技术国内外研究现状

钛合金激光表面改性技术主要有两种实现形式。一是激光表面合金化，如在钛合金

表面形成Ti与C、N、MO、Cr、W、zr、Al、Nb等元素组成的合金层，或是直接掺杂Tic、TIN、TicN及A12O3等硬质相强化的钛合金层;另一种方法是激光熔覆，即在表面熔焊上以Ni、Co、Fe、Cu等为基的合金层及含C、N化合物的合金层或陶瓷层，并可实现梯度匹配，以提高其疲劳抗力，强化层的厚度可达5m m以上。

近年来，钛合金激光表面改性研究受到广泛关注。美国、俄罗斯、德国、澳大利亚等工业发达国家均投入了相当大的力量进行钛合金的激光表面改性技术研究，特别是在激光熔覆方面，进步很大。在激光表面改性技术的研究开发方面，我国基本上与国际同步，而在一些单元技术上(如专用合金粉末材料开发、改性层微观组织研究等)，我国处在领先水平，并取得了一些实用化的成果[40]。

纵观钛合金激光表面改性领域，按其形成涂层的不同粉末体系以及获得的不同成

分和性能的涂层，大致可分为以下几个方面:

2.1 TIN、TIC等耐磨增强相合金涂层

TIN及TIC等高硬度高熔点间隙相具有优异的耐磨性与化学稳定性，若能在钛合金零件表面制备出含有较高体积分数TIN及TIC等耐磨增强相的复合材料冶金涂层，则可以有效解决钛合金耐磨性低的问题。

在TC9合金表面涂覆粒度约为350目的TIN粉末，运用CO2激光进行激光表面合金化获得组织主要为细密的a一Ti基体上分布着大量高硬度的TIN相(枝晶TIN和未熔TIN)的改性层。其表面硬度可达1250-1500HV，耐磨性大幅度提高，磨损体积、比磨损量分别是基材的1/100，1/30左右。

钛合金表面也可以直接合金化TIC粉末。在Ti一6AI一4V合金表面添加Ti+33%TIC 粉末，运用CO2激光进行表面合金化，获得构成网状结构的TIC细小枝晶，Ti基体填充在TIC树枝晶的间隙中。其合金层的显微硬度最高达1080HV，耐磨性大幅提高。根据分析，丁以得知，其强化机理为细晶强化和弥散强化。

在激光作用下，钛合金表面“原位”生成强化相也是研究的热点之一。分别以元素氮及元素碳为合金元素在钛合金表面进行激光表面改性，利用氮气及碳粉与钛合金表面在激光照射下熔化形成的高温熔池内的冶金化学反应，在钛合金表面分别制得以高硬度、高耐磨TIN 及TIC初生树枝晶为耐磨相的“原位”耐磨复合材料表面涂层。这种涂层与钛合金基材之间能达到完全梯度渐变的冶金结合。

采用Nd—YAG激光在氮气环境中对钛合金进行激光气体渗氮处理，可以得到表面相对平滑、无裂纹的渗氮层。渗氮层的显微组织主要为枝晶状的TIN，枝晶密度沿深度方向下降。渗氮层的显微硬度接近2000HV，耐磨性能大幅度提高。在钛合金表面涂覆碳粉后采用CO2激光进行表面改性，碳粉一方面使钛合金表面黑化，增加激光吸收率，另方面，碳原子溶解进入表面熔池，与合金作用生成TIC硬质相，制得胞枝状及树枝状TIC组织，几显微组织从熔池底部向表面方向具有明显的梯度渐变特征，显微硬度可达1200Hv。钛合金表面预置Cr3CZ+Ti粉末，在氢气保护下进行激光熔覆，可制备出TIC/Ti颗粒增强表面复合涂层。从熔液中通过Cr3C2与Ti原位结晶置换反应生成的微米及亚微米级的TIC颗粒弥散均匀分布。合金表面耐磨性能大幅提高，其磨损机制也变为碳化物被挤扭和复合材料对基体的犁削。2.2 Ni基合金涂层

Ni从合金具有良好的耐磨性能、耐腐蚀性能以及高温抗氧化性能。若将Ni基合众熔覆在Ti合金表面，将使钛合金表面的耐磨耐蚀性能和高温抗氧化性能都能得到提高。

P.A.Molian等在Ti一6AI一4V合金表面激光熔覆NiGrCoAlY-BN复合涂层，使其耐磨性能大幅度提高。R.L.sun等人在Ti一6AI一v合金表面激光熔覆NicBrsci合金粉末，获得由树枝晶、枝条状相以及黑色块状颗粒和白色小球状颗粒物组成的共晶组织，如图1一1所示。经测试发现，黑色块状颗粒和白色小球状颗粒物为TIB:或TIC相，树枝晶物相为初

晶产γ-Ni，γ-Ni中固溶了Cr、Fe、Ti等元素，共晶组织为产Ni和Ni3B以及固溶的Si，枝条状相主要成分为M23（CB)6，合金层显微硬度在900~HooHv之间，比基体硬度提高3-4倍。

若在NiCrBSiC中加入不同比例的TiC粉末，得到在γ-Ni树枝晶和γ-Ni+M23(eB)6共晶的基体上弥散地分布着未熔TIC颗粒和液析TIC的合金层的组织，进一步提高其耐磨性。磨损测试表明，合金层在大气中的摩擦系数在0.3-0.4之间，磨损率比Ti一6AI一4v 合金降低约一个数量级。采用Ni80Cr20-Cr3C2:混合合金粉末为原材料，在Ti一6AI一4v 钛合金表面进行激光熔覆，制得以高体积分数C7rC3+TIC为耐磨增强相、以高温抗氧化性能及高温强韧性优异的NIC:镍基高温合金固溶体为基、涂层厚度为0.5一2.0mm的高温耐磨阻燃复合材料冶金涂层。涂层与基体为完全冶金结合，涂层中高温耐磨相的体积分数可在20%一80%范围内灵活调节，涂层平均硬度达800一1400Hv、耐磨性可提高35一180倍[32]。

2.3高温抗氧化涂层

金属硅化物Ti5Si3、TiZNi3Si具有金属键与共价键共存的原子键合性质，因而具有密度低、熔点高、高温硬度高和高温稳定性及抗氧化性能优异等特性。

选用Ti59Si21Ni20粉末在TC9钛合金表面进行激光熔覆，获得主要组成相为Ti5Si3、NTIi2及β-钛基固溶体的三元共晶复合材料涂层，如图1一2。共晶基体为β-钛基固溶体，组织为NITi:和细长条状共晶Ti5Si3。复合材料涂层的显微硬度达900HV，摩擦系数大约为0.3，Ti5Si3、NITi:金属间化合物在耐磨复合涂层中起到了抗磨损骨干作用，使其耐磨性比Tc9合金提高了68倍。在钛合金表面预置Ti4oNi50orsi粉末进行激光熔覆，可以获得TiZNi3Si和枝晶NITi的合金层。TiZNi3si和NITi均为耐磨增强相，可以使TC9钛合金具有优异的耐粘着磨损能力和低的载重干摩擦敏感性。

钛和铝之间形成的金属化合物也具有较高的高温稳定性及抗氧化性能。在钛合金表面喷涂Al+l2Nb(wt%)的机械混合物，用CO2激光器在Ar气保护下对试样表面进行激光合金化处理，得到主要由TIA13和TIAI相组成、另外含有少量的未完全合金化的单质Al的合金层。在900℃空气介质中氧化时，该合金层能够生成致密、连续、生长缓慢的α一A12O3保护膜层，显著提高了钛合金的高温抗氧化性能。

表面Pr合金化可以改善氧化膜的致密性，加人Pr后将改变氧化膜结构，抑制氧的短路扩散，并改善了氧化膜的附着性和塑性。用CO2激光在N2中对涂有Pr的钛合金试样进行合金化处理，合金层由于在钛合金表面形成一种含Pr的有序固溶体相，该相具有六方结构(a=0.3914nm，c=0.6592nnr，c/a=1.684)，呈椭圆或圆形颗粒状，分布于初生刀柱状晶的亚晶胞壁，尺寸约0.1-0.4μm。在退火过程中还形成一种析出相，分布于位错线及小角晶界上，尺寸为10一20nm，前者可在一定程度上控制相界面的迁移，后者则产生析出硬化效应。分析表明，两类析出相均对组织热稳定性有积极作用，并可显著提高600℃大气中钛合金的抗氧化性。

ZrO2陶瓷涂层具有高熔点、隔热、高强度等特点，降低金属内表面的温度，对金属基体起一个递减热腐蚀的作用。钛合金表面等离子喷涂ZrO2粉末后，在氢气氛围中进行激光表面合金化，获得组织为ZrO2枝晶+Ti2O的合金层，其中ZrO2由立方相的C-ZrO2和四方相的T-ZrO2:组成。这种涂层可大幅度提高钛合金的抗高温氧化性能。

非晶态组织以其独特的结构特征和所具有的优异的机械、物理及化学等性能，可大大提高基体表面的硬度、耐磨性以及抗高温氧化性能。王彦芳等在钛合金表面预置Zr基合金粉末，并在氢气氛围中进行激光熔覆，获得由云Zr3A12、Zr2Cu、Zr2Ni等Zr的金属化合物和一定量的Zr基非晶相组成的合金化涂层。

综上所述，激光表面改性是一项钛合金表面处理的理想技术，现已引起各国的高度重视，特别是钛合金在军事及航天航空领域的广泛用途，使得该领域的研发工作倍受关注。在钛合金激光表面改性领域，国外科技工作者已做了大量的工作，成绩显著。国内(包括香港地区)的一些科研院所和高等院校，在钛合金激光表面合金化和激光熔覆技术的研发方面，也取得了一些实用化的成果，如中科院沈阳金属研究所、北京航空航天大学、哈尔滨工二业大学等。

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电镀层的选择及标记对电镀层的要求

电镀层的选择及标记对电镀层的要求 第一節镀层使用条件的分类 1 第二節电镀层的选择 1 第三節金属镀层的表示方式(GB-1238-76) 5 第四節金属镀层的表示方式(JIS H 0404) 5

第一节对电镀层的要求 电镀层的主要目的用于﹕ 1.保护金属零件表面﹐防止腐蚀 2.装饰零件外表﹐使外表美观 3.提高零件的工作性能 电镀层种类和厚度的选择﹐主要取决于下列因素﹕ 1.零件的工作环境 2.被镀零件的种类﹑材料和性质 3.电镀层的性质和用途 4.零件的结构﹑形状和尺寸的公差 5.镀层与其互相接触金属的材料﹑性质 对电镀层的要求﹕ 1.镀层与基体金属﹑镀层与镀层之间﹐应有良好的结合力 2.镀层应结晶细致﹑平整﹑厚度均匀 3.镀层应具有规定的厚定和尽可能少的孔隙 4.镀层应具有规定的各项指针﹐如光亮度﹑硬度﹑导电性等 第二节镀层使用条件的分类 镀层的使用条件﹐按照气候环境程度分为以下三类。 第一类腐蚀性比较严重的工作环境 第二类腐蚀性中等的工作境 第三类腐蚀性轻微的工作环境 从保护基体金属免腐蚀的要求来看﹐一般可考虑﹕ A.贵金属﹑含铬18%以上的不锈钢﹑轧制的磁性合金材料﹑以及镍铜合 金等﹐一般不需再加保护层 B.碳钢﹑低合金钢和铸铁制造的零件﹐大气中容易腐蚀﹐应加保护层。 C.铜和铜合金制造的零件﹐根据不同的使用条件﹐采用光亮酸洗﹑钝化 ﹑电镀或涂漆保护等。用磷青铜或铍青铜制造的精密零件可以不进行表 面处理。 D.铝和铝合金制造的零件﹐可以采用阳极氧化和封闭处理。 E.锌合金制造的可以零件﹐可以采用磷化﹑钝化﹑电镀或涂漆防护 第三节电镀层的选择 镀层按其用途可分为下列三类﹕ 1.防护性镀层 2.防护-装饰性镀层 3.工作保护镀层 各类电镀层的特性及作用见

铝合金表面改性技术的发展现状

铝合金具有密度小，机械加工效率高，易于加工成型等优点，是轻合金中应用最广、用量最多的合金[1-2]。铝合金的化学性质活泼，在干燥空气中铝的表面立即形成一层薄而致密的氧化膜。但铝合金的表面硬度低、耐磨性差，腐蚀电位较负，表层氧化膜易受强酸和强碱的腐蚀[3]，这些缺点严重限制了铝合金的应用。 为了克服铝合金表面性能方面的缺点，扩大其应用范围，延长使用寿命，表面改性技术是非常重要的环节。目前，随科学技术的不断进步，用于铝合金表面处理的工艺和技术得到广泛的研究，本文综述了国内外在铝合金表面改性技术方面的发展情况，涉及铝合金阳极氧化处理、化学镀、电镀、电弧喷涂、高能束(激光、离子束、电子束)表面改性技术等多种方法，介绍基于强流脉冲电子束的新型和复合表面处理技术。 1常用的铝合金表面改性技术 1.1阳极氧化技术 铝合金表面改性技术中阳极氧化是应用最广与最成功的技术，也是研究和开发最深入与最全面的技术。用铝合金制品作阳极，通电氧化，使铝合金制品表面形成一层较厚而致密的硬质氧化物保护膜，该膜具有双层结构，表面为多孔蜂窝状，较之铝合金的天然氧化膜，其耐蚀性、耐磨性均显著提高。 在氧化成膜形成过程中，同时发生两个过程：一是在铝合金表面生成Al2O3氧化膜的过程；二是在氧化膜生成的过程中伴随着氧化膜溶解的过程。只有当氧化膜的生成速度超过其溶解速度，方可得到一定厚度的氧化膜。 随着铝合金阳极氧化电解液的种类不同，可以得到阻挡型氧化物薄膜和多孔型氧化物薄膜。阻挡型氧化膜结构并不是均匀层，而是多层结构，刘磊等[4]使用透射电镜(TEM)观察了铝合金阳极氧化膜的微观结构，可清楚地看到膜孔的胞壁结构，单胞尺寸在60nm左右，孔径20nm。构成氧化膜的各胞状结构心密排的方式排列，每一个单胞有6个邻近的单胞，它们之间排列紧密，胞与胞之间有明显的胞壁带。 1.2电镀技术 电镀就是阴极沉积所需金属元素的工艺，被沉积的金属在工件表面形成结合牢固的致密镀层。为提高铝合金镀层的耐蚀性和强度，抑制铝合金镀层的枝晶生长，常需要在电镀纯铝的基础上进行铝合金的电镀。但由于铝合金本身的化学物理特性，使得 铝合金表面改性技术的发展现状 初鑫1,任鑫1,郝胜智2,徐洋3 (1.辽宁工程技术大学材料科学与工程学院,辽宁阜新123000;2.大连理工大学三束材料改性实验室,辽宁大连 116024;3.大连理工大学材料科学与工程学院,辽宁大连116024) 摘要：对近年来国内外铝合金表面改性技术的研究与应用情况进行综述，讨论了电子束表面改性技术的特点和基于强流脉冲电子束的复合表面处理技术的发展前景。 关键词：铝合金；表面改性；强流脉冲电子束；复合表面处理 中图分类号：TG178文献标识码：A文章编号：1001-3814(2010)20-0123-05 Progress State of Surface Modification Technology for Al Alloy CHU Xin1,REN Xin1,HAO Shengzhi2,XU Yang3 (1.College of Material Science and Engineering,Liaoning Technical University,Fuxin123000,China;https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html,boratory of Materials Modification by Laser,Ion and Electron Beams,Dalian University of Technology,Dalian116024,China;3.College of Material Science and Engineering,Dalian University of Technology,Dalian116024,China) Abstract：The research and application of surface modification technologies for aluminum alloy in recent years were summarized.The features of surface modification technology and prospect of high current pulsed electron beam combined treatment technology were discussed. Key words：aluminum alloy;surface modification;high current pulsed electron beam;surface combined treatment 收稿日期:2010-09-09 作者简介:初鑫(1985-),男,辽宁盘锦人,硕士研究生,主要研究方向为 强流脉冲电子束材料表面改性;电话：189********; E-mail:chuxin406@https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html,

钛合金表面处理

钛合金表面处理 引言 钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。 钛的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。 因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。 铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。 一、表面反应层的去除 表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。 1. 喷砂：钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时, 砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。 2. 酸洗：酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5 %左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。 二、铸造缺陷的处理 内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去

生物医用钛合金材料的发展概况

生物医用材料钛合金的发展概况及前景 生物医用材料的发展 生物医用材料在我国起步仅仅20年左右的时间，无论是原始创新的基础研究，还是技术创新性研究，整体水平均落后于发达国家。尽管如此，在国家自然科学基金、“863”项目、“973”项目以及国家科技支撑计划等项目的大力支持下，近些年来我国生物医用材料的研究已从分散、低水平的重复研究，逐步集中于学科发展的方向和前沿，并取得了举世瞩目的蓬勃发展。 骨科修复材料因市场需求巨大，其研究与产业快速发展，在组织工程、药物缓释、纳米材料、血液相容与净化材料、非病毒性基因治疗载体等领域与国际先进水平的差距已逐渐缩小，并取得子一批具有自主知识产权的技术项目。进入21世纪以来，我国生物医用材料加速发展我国生物医用材料研究领域研究论文的发表数量正在大幅度上升、被引用的次数也不断增加，在国际刊物上所占的比重也在提高。 钛合金在生物医学方面的研发史可追溯到20世纪40年代初期，Bothe等人首先把纯钛引入到生物医学领域，他们发现钛与老鼠股骨之间无任何不良反应。10年后Leventhal又进一步研究证实了纯钛的良好生物相容性。但是，由于医用不锈钢、钴铬合金在二次世界大战期间已开始盛行，钛合金在生物医学领域的应用和发展比较缓慢。自从60年代Branemark将纯钛用于口腔种植体后，纯钛作为外科植入件材料才得到了广泛发展，随后α型钛合金Ti3Al2·5V也在临床上被用作股骨和胫骨替换材料。 纯钛等α型钛合金虽然在生理环境中抗腐蚀性优良，但其强度较低、耐磨性较差，从而限制了它在骨科较大承载部位的使用。相比之下，α+β型钛合金

Ti6Al4V具有较高的强度和综合的加工性能，它虽是为航空、航天应用设计的，但70年代后期也被广泛用于制作外科修复或替换材料如接骨板、髋关节、髓内钉等。纯钛、Ti3Al2·5V、Ti6Al4V钛合金属于第一代医用钛合金，这一时期材料和医学工作者是就地取材，没有专门开发针对生物医学工程用的钛合金。 到21世纪80年代中期，临床应用发现进行Ti6Al4V钛合金人工髋关节翻修手术时，假体周围骨组织有黑化和感染现象，随后研究证实V是对生物体有毒副作用的元素，特别是V的生物毒性要超过N，i Cr，而且此类合金的耐蚀性相对较差。到90年代中期，瑞士和德国先后开发出了第二代以Nb，Fe替代V 的α+β型两相医用钛合金Ti6Al7Nb和Ti5Al2·5Fe，而且很快被列入国际生物材料标准，并开始在临床应用。1985年瑞士Sulzer医疗技术公司开始采用Ti6Al7Nb合金制造髋关节柄，并成功投放市场，2000年引入中国，年销数万套。 几种主要的钛合金生物医用材料概述 金属系生物医学工程材料，特别是人体植入材料，应具备下列条件。 生物学条件：具备人体相容性、无异物反应、无变态反应、无致癌性、无抗原性、无毒。还要求具备人体组织的生物亲和性、抗血栓性等人体安全性。力学条件：高强度、高比强度；弹性模量接近骨，能促进材料与人体之间界面的牢固结合；良好的韧性；不发生疲劳现象；高的耐磨耗性。 化学条件：良好的耐蚀性、耐腐蚀疲劳、耐磨耗腐蚀疲劳、不产生有害重金属离子的溶出物。 其他条件：非磁性、加工性能及功能材料特性。 钦和钦合金能够满足这些主要条件。比重小、强度高，能满足牙科、医学界

压铸锌合金电镀问题分析

压铸锌合金电镀问题分析 压铸锌合金电镀问题分析锌合金压铸件镀前处理合理与否，是电镀成败的关键。但在其镀前处理过程中，往往会将其前处理等同于其它金属材料的前处理，或者忽视了其中某个工序，而造成大量镀件返工或报废。由于锌合金压铸件的特殊性，故返工很难，这就是锌合金压铸件在电镀过程中废品率高的原因。 2锌合金压铸件镀前处理的注意事项 2(1了解锌合金压铸件的结构特性 锌合金压铸件表面很像蒸馍表面，有一层0(02,0(10mln厚、光滑致密的金属层，在其下方则是疏松、多孔的结构。因此在机械抛光时，严防抛穿其光滑致密层，避免疏松、多孔的内材暴露，致使镀层产生起泡、脱皮等不良现象。 为什么说前处理工艺左右了锌合金压铸件电镀的合格率? 锌合金压铸件与、一般钢铁件相比较有以下差别: 1)锌合金压铸件材料为锌(铝合金，较钢铁要活泼得多，在酸、碱中 2)锌合金压铸件表面适于电镀的表面只有0(05,0(厚，下面均为不适于电镀的多孔层。此表面也存在着压铸加工中易 3)锌合金件多为腔体件，零件形状复杂，在前处理和预镀后，必须经 针对以上锌合金压铸件的特点，必须制定出一套适合于此类零件的 (1)磨抛光钢件的磨抛光比较简单，只要求表面状态合格，零件不应有 (2)脱脂磨抛后的零件需使用三氯乙烯溶剂，除去零件表面的抛光膏， (3)电解脱脂钢铁件可在强碱溶液中作阳板脱脂，而锌合金件的性质，,2min。为了使阴极脱脂后的黑膜除去，还要在阴极脱脂后，作0(5,1min的阳极脱脂去除黑膜。

(4)活化钢铁件表面的氧化膜可以在盐酸，硫酸溶液中除去。锌合金件,30s)，并且清洗要净。 (5)预镀钢铁件的预镀可采用氰化铜或暗镍，主要目的是防止在酸性光亮铜 而锌合金件预镀时，需将零件所有部分镀上，防止加厚镀时，与溶 锌合金件预镀铜前，最好设预浸工序，预浸采用0(5,,l,的氰化钠溶液，不经水洗，直接入槽。 如果采用作镍预镀层，钢铁件可采用普通暗镍工艺。锌合金件必须,5,的柠檬酸溶液_禾经水洗入槽。“预镀层必须保证厚度，防止因镀层过薄，而铜向锌渗产生锕(锌脆 如果能按以上的前处理和预镀后，零件即可按一般电镀工艺进行加厚。 锌合金基体材料电镀故障及处理:锌合金镀前处理的故障分析 (2009/09/15 15:47) 1(锌合金压铸件本身质量控制 压铸锌合金中铝含量一般在3(5,,4(5,左右，铝可以减少熔融锌对黑色金属(模具)的侵蚀，同时铝又能细化晶粒，强化合金，随着锌合金中铝含量的提高，锌合金的强度及耐冲击性能均有所提高，但当铝含量超过4(5,时，其力学性能则不再明显增加，而冲击韧性却反而降低。锌合金中铜元素的含量不得超过 1.5,，在此值下，能显著抑止锌合金的晶间腐蚀，提高锌合金的强度和硬度，合金中微量的镁元素约在0(04,左右，不宜太高。合金中铅、锡、铁、硅等作为杂质元素，含量越低越好，而且合金中铅、硅元素对电镀质量的影响较大。还有就是易被忽视也难以消除的是合金中铁杂质的影响，铁与铝能产生硬质的铁铝化合物，对电镀前的抛光和机械加工都有不利的形响。 压铸锌合金过程中，封孔比压用于克服压射缸内活塞移动和压射冲头与压室之间的摩擦力，使液态锌合金被推到内浇口附近，此值不能太大，太大则易卷入气体

外科植入物用钛合金的表面改性

外科植入物用钛合金的表面改性 戴正宏*,王玉林,何宝明 (天津大学复合材料研究所,天津300072) 摘要:钛合金作为外科植入物用材料在临床上得到了越来越多的应用。综述了钛合金作为外科植入物的优良性能及国内外在钛合金表面改性方面的发展和研究现状。阐述了表面改性对改善钛合金的耐磨性,耐蚀性和生物学性能方面的重要作用。分析表明:开发新型钛合金和寻求理想的表面改性工艺来获得高质量的涂层或将生物活性相添加到钛合金基体中制备成复合材料是提高钛合金生物学性能的有效途径。 关键词:外科植入物;钛合金;表面改性 中图分类号:R318.08 文献标识码:A 文章编号:0258-7076(2003)04-0491-04 目前常见的外科植入用金属材料主要为超低碳奥氏体不锈钢(AISI316L,317L),钴 铬(Co Cr)合金,纯钛和钛合金3类材料[1,2]。近几年来,镍钛(NiTi)合金[3]及亚稳定 型Ti Nb Zr合金[4]也崭露头角,前者具有形状记忆和超弹性双重功能,后者具有更低的弹性模量、高的损伤容限及优异的生物相容性。目前,常用的钛合金与传统的不锈钢材料相比,钛合金具有一系列优点:与不锈钢相比,钛的弹性模量与骨组织更为接近;生物相容性更佳;耐蚀性和抗疲劳性能优于不锈钢和钴基合金; (植入后)组织反应轻微,表面性能好;与不锈钢相比,钛及其合金对骨组织的生长影响较小;钛及其合金中无镍成分,过敏较小;手术后能进行MRI和CT检查;钛合金内植入物可以长期留存体内,可避免二次手术。 纵观钛合金表面技术的发展,它大致经历了3个阶段:一是以电镀、热扩散为代表的传统表面技术阶段;二是以等离子体、离子束、电子束的应用为标志的现代表面技术阶段;三是现代表面技术的综合应用和膜层结构设计阶段。 在生物医学领域中,表面改性主要是为了改善植入体的耐磨性、耐蚀性和生物学性能(包括生物相容性和生物活性)[7,8]。虽说钛及其合金与其他金属材料相比具有与骨最为接近的弹性模量,但仍远远高于骨的弹性模量,这就容易造成界面上机械性能的不匹配;同时,从成分上来看,钛与自然骨的成分截然不同,钛与骨之间虽然具有良好的生物相容性,植入后种植体周围无纤维包囊形成,但钛合金与骨之间只是一种机械嵌连性的骨整合,而非强有力的化学骨性结合,因此对钛合金进行表面改性以改善其生物学性能引起了人们的日益重视[7,9]。 为了增强钛合金的耐磨性、耐蚀性,以及提高其与周围组织界面的结合力从而降低应力遮挡程度,必须对钛合金进行表面改性。表面改性保持了钛合金作为基体材料的一系列品质,同时使得植入物的综合性能得到大幅度的改善。 进入90年代以来,钛及其合金以其优异的综合性能在牙种植体、人工关节、脊柱矫形内固定系统、髓内钉、矫形钢板等方面的应用已逐渐占主导地位,成为首选的金属材料[5,6]。本文从几个方面就外科植入物用钛合金的表面改性方面的技术发展进行回顾与展望。 1 提高表面生物活性 尽管钛合金具有很好的生物相容性,但毕竟是一种生物惰性金属材料,新生骨与植入物之间只能形成接触生长[10]。Hulshoff发现,当未经表面处理的钛合金直接植入人体后,生物机体在其表面开始产生纤维组织,并逐渐增厚,6个月后才有骨连接[11]。目前临床使用的大多数是对植入物进行表面机械改性以增强与骨的连接力。这种以机 第27卷 第4期V ol.27 .4 稀 有 金 属 CHI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年7月 July2003 收稿日期:2002-12-12;修订日期:2003-03-27 作者简介:戴正宏(1979-),男,湖北人,硕士研究生;研究方向:医用钛合金的表面改性*通讯联系人(E mail:daizhenghong@https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html,)

医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的研究进展_陈昌佐

第26卷第1期2014年1月 腐蚀科学与防护技术 CORROSION SCIENCE AND PROTECTION TECHNOLOGY V ol.26No.1 Jan.2014 专题介绍 医用钛合金表面改性及其生物摩擦学的 研究进展 陈昌佐1,2丁红燕2周广宏2庄国志1印风2 1.江苏大学材料科学与工程学院镇江212013; 2.淮阴工学院江苏省介入医疗器械研究重点实验室淮安223003 摘要：综述了医用钛合金常用的化学改性和物理改性方法，介绍了改性后涂层的生物摩擦学性能，并对医用钛合金在提高耐磨性方面的改性技术进行了展望。提出了工艺改进和新材料开发等方面的建议。 关键词：医用钛合金表面改性耐磨性 中图分类号：TH171.1,TG146.2文献标识码：A文章编号：1002-6495(2014)01-0069-04 1前言 目前临床骨科应用最广泛的生物材料多为金属材料，其主要包括不锈钢、钴基合金、钛合金以及形状记忆合金等[1,2]。不锈钢、钴基合金等在临床应用中还存在着诸多问题，如：生物相容性差、组织反应严重、强烈的致敏、致癌反应和易产生应力遮挡等[3]。Ti及钛合金具有低的弹性模量、良好的生物相容性和耐蚀性等优点，在临床应用上得到了广泛使用，如：硬组织替换、血管支架、心脏瓣膜以及各种矫形器械等。 医用钛合金虽然具有优良的耐蚀性和比强度，但其耐磨性相对较差。植入物在磨损条件下容易产生大量的含Ti，Al和V的黑色磨屑，从而导致无菌松动直至关节置换失败。此外，Al，V元素具有潜在的细胞毒性，可能导致表面磷灰石无法生成，特别是Al易引起老年痴呆症。通过钛合金的表面改性或优化材料的成分，减少人工关节在使用过程中的磨粒产生，改善磨损粒子的尺度分布，减轻磨粒的生物学反应是延长人工关节使用寿命的关键[4,5]。表面改性技术可在保留医用钛合金原有的优良性能基础上改善其临床使用性能。本文评述了目前常用的钛合金表面改性方法及其生物摩擦学的研究现状，并对其未来发展趋势进行了展望。 2常用的钛合金表面改性技术及其生物摩擦学性能 2.1化学改性方法 2.1.1微弧氧化法微弧氧化(MAO)技术，或称为等离子氧化技术，是一种在材料表面获得陶瓷涂层的技术。该技术可以在Al，Mg，Ti等金属及其合金表面原位生长一层陶瓷薄膜[6]。MAO陶瓷膜不仅耐磨、耐蚀性好，而且Ca，P元素可直接进入到氧化膜层中，从而提高了生物相容性，在临床植入体手术中已有少量的探索性应用[7]。 Zhou等[8]在TC4合金上通过微弧氧化方法合成了TiO2涂层，并在SBF模拟体液中考察了MAO涂层的摩擦学性能，结果表明，与未经处理的TC4比较，涂层在模拟体液中的摩擦系数降低，磨损体积减少。王凤彪等[9]利用微弧氧化工艺在钛合金表面制备了羟基磷灰石(HA)膜，研究了薄膜在模拟体液中浸泡后的耐磨性。结果表明，膜层随浸泡时间延长而逐渐变厚；浸泡后膜层的摩擦系数随摩擦时间延长先升高后降低，耐磨性呈升高趋势。 2.1.2溶胶凝胶法溶胶-凝胶法(sol-gel)一般以钛醇盐及其相应的溶剂为原料，加入少量水及不同的酸和络合剂等，经搅拌和陈化制成稳定的溶胶，然后用浸渍提拉、旋转涂层或喷涂等方法将溶胶施于经过清洁处理的基体表面，最后经干燥焙烧，在基体表面形成一层薄膜[10]。 刘颖等[11]通过溶胶凝胶工艺和浸渍提拉技术，以钛酸丁酯为前躯体，加入聚乙二醇作为模板剂，在TC4合金基片上制备了TiO2微纳图案化薄膜，并对薄膜的摩擦学性能进行了研究。结果表明，制备的薄膜明显改善了钛合金的摩擦磨损性能。张文光等[12]利用静动摩擦系数测定仪评价了TC4合金经碱液热处理、溶胶-凝胶和热氧化3种不同方法处理后的摩擦学性能，结果表明，TiO2溶胶-凝胶薄膜在较高载荷下的耐磨性能较差，而在较低载荷下的耐磨性能较好。 定稿日期：2013-03-29 基金项目：国家自然科学基金项目(51175212)资助 作者简介：陈昌佐，1989年生，硕士生，研究方向为材料的生物摩擦学 通讯作者：丁红燕，E-mail： nanhang1227@https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html,.

铝合金表面处理国内外应用现状

表面工程技术 铝合金表面处理国内外研究应用现状Aluminum alloy surface treatment of domestic and foreignresearch and application status 学院名称：材料科学与工程学院 专业班级：复合材料1101 学生姓名：曹成成 学号：3110706055 指导教师：张松立 2014 年6 月

【摘要】综述了近年来铝合金表面改性技术取得的研究进展，介绍了镀层技术，转化膜处理技术、高能束表面处理技术等方法制备铝合金表面层的原理、特点及研究成果简要介绍了铝合金表面处理技术的新进展,重点介绍了铝合 金的阳极氧化、电镀、化学镀和微弧氧化、激光熔覆等工艺。 关键词:铝合金;表面处理;阳极氧化;电镀;化学镀;微弧氧化;激光熔覆 前言 铝是元素周期表中第三周期主族元素,为面心立方晶格,无同素异构转变,延展性好、塑性高,可进行各种机械加工。铝的化学性质活泼,在干燥空气中铝的表面立即形成厚约1～3 nm 的致密氧化膜,使铝不会进一步氧化并能耐水;铝是两性的,既易溶于强碱,也能溶于稀酸。铝在大气中具有良好的耐蚀性。纯铝的强度低,只有通过合金化才能得到可作结构材料使用的各种铝合金。铝合金的突出特点是密度小、强度高。铝中加入Mn、Mg 形成的Al-Mn、Al-Mg 合金具有很好的塑性和较高的强度,称为防锈铝合金,如3A21 ,5A05。硬铝合金的强度较防锈铝合金高,但防蚀性能有所下降,这类合金有Al-Cu-Mg 系如 2A11 ,2A12。Al-Cu-Mg- Zn 系为超硬铝,如7A04 ,7A09。新近开发的高强度硬铝,强度进一步提高,而密度比普通硬铝降低15 % ,且能挤压成型,可用作摩托车骨架和轮圈等构件。Al-Li 合金可制作飞机零件和承受载重的高级运动器材。通过在铝中加入3 %～5 %(质量分数) 的比铝更轻的金属锂,就可以制造出强度比纯铝高20 %～25 % ,密度仅2. 5 t/ m3 的铝锂合金。这种合金用在大型客机上,可以使飞机的重量减少5 t 多,而载客人数不减。 尽管铝合金材料具有密度小、热膨胀系数低、比刚度和比强度高等优点，但

医用钛合金及其表面改性技术的研究现状

医用钛合金及其表面改性技术的研究现状1 金红* (北京有色金属研究总院科技信息所,北京100088) 摘要:介绍了新型医用钛合金的研究开发现状,分析了医用钛合金存在的主要问题,即耐磨性、耐腐蚀性和生物活性有待进一步提高。阐述了表面改性对提高钛合金的耐磨性能、耐腐蚀性能和生物活性的作用。指出应当重视钛合金表面生物活性陶瓷涂层的稳定性问题。认为通过研究开发综合性能更优的新型医用钛合金,寻求更为理想的表面改性工艺以及运用复合涂层制备技术,有望逐步解决钛合金在临床应用中存在的问题。 关键词:医用钛合金;表面改性;耐磨性;耐腐蚀性;生物学性能 中图分类号:TG146123文献标识码:A文章编号:0258-7076(2003)06-0794-05 在生物医用金属材料中,钛合金凭借其优良的生物相容性、耐腐蚀性、综合力学性能和工艺性能逐渐成为牙种植体、骨创伤产品以及人工关节等人体硬组织替代物和修复物的首选材料。其中T-i6A-l4V合金作为生物医用合金已有很长的历史。但T-i6A-l4V合金在生物相容性、耐腐蚀性和耐磨损性能等方面仍不够理想[1~4],而且该合金还存在细胞毒性问题。为克服T-i6A-l4V合金存在的种种缺陷,近年来人们一直致力于研究开发具有更佳综合性能的医用钛合金,并取得一些进展;与此同时,人们还尝试采用各种表面技术对钛合金进行表面改性以使其更适合于医学应用的要求。本文综述了医用钛合金的研究开发现状及其表面改性技术的研究进展。 1新型医用钛合金的研究开发现状及存在的问题 1.1研究现状 近年来钛合金在生物医学领域中的研究和应用呈上升趋势,特别是在牙科和整形外科中钛材的用量明显增多[5]。目前,医用钛合金仍以T-i6A-l 4V合金为主,但该合金中Al和V元素对人体存在的潜在危害已引起了人们的高度重视。为克服V 和Al的不良影响,人们相继研究开发了不含V或既不含V也不含Al的A+B钛合金和B钛合金[6,7]。其中A+B钛合金有欧洲、日本等开发的T-i6A-l7Nb,T-i5A-l2.5Fe,T-i6A-l6Nb-1Ta,T-i5A-l 3Mo-4Zr,T-i6A-l2Nb-1Ta,T-i15Zr-4Nb-4Ta-0.2Pd, T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd,T-i15Sn-4Nb-2Ta-0.2Pd-0. 2O[2,8]。与A+B钛合金相比,B钛合金不仅生物相容性更优,而且具有更高的强度水平和更好的切口性能以及韧性,因此更适合于医学应用,特别是做人体的内植物。在医用B钛合金的研究与开发方面日本、美国处于领先地位。日本研制开发的新型B钛合金有T-i29Nb-13Ta-416Zr,T-i15Mo-5Zr-3Al, T-i15Mo-3Nb-3A-l012Si,T-i15Mo-3Nb-3A-l013O和T-i11Mo-6Zr-415Sn等。在美国已有5种B钛合金被推荐在医学领域中应用,即T-i12Mo-6Zr-2Fe (TMZFTM),T-i13Zr-13Nb,TI METAL21SRx,Tia-dyne1610和T-i15Mo。与TI-6A-l4V相比,这5种钛合金均具有较低的弹性模量,其中TMZFTM的综合性能较好[9]。 1.2医用钛合金存在的主要问题 随着各种新型医用钛合金的问世,钛合金在生物医学领域中的应用越来越广泛,但是,目前已研制开发出的各种钛合金均存在不同程度的缺陷,还没有一种能够完全满足临床使用的所有要求。总体说来,主要存在以下几方面的问题[10~15]。(1)耐磨损性能相对较低。与不锈钢、镍基合金等许多其他金属材料相比,钛合金的摩擦系数大,耐磨性 第27卷第6期Vol.27l.6 稀有金属 C HI NESE JOURNAL OF RARE METALS 2003年11月 November2003 1收稿日期:2003-06-30;修订日期:2003-08-02作者简介:金红(1963-),女,硕士研究生,高级工程师*通讯联系人(E-mail:jh63125@https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html,)

锌与锌合金镀层三价铬钝化的优越性分析

锌与锌合金镀层三价铬钝化的优越性分析 Superiority Analyse of Tri-chrome Passivation for Plating Zinc and Zinc Alloy 尚思通小米?盖尔 摘要：镀锌和锌合金采用三价铬替代六价铬进行钝化，是环保的大势所趋。三价铬钝化技术已趋成熟，其防锈性能不仅能够达到甚至可以超过六价铬钝化的水平，而且在耐温性、锌合金钝化和满足特种力学性能方面还要明显地优于六价铬钝化。 Abstract : It is a general trend to replace Chrome by Tri-chrome for passivation of Zinc and Zinc alloy plating due to environment protection issue. Tri-chrome technology is mature and available nowadays. Its performance has not only reached or exceeds the level of Chrome in corrosion resistance, but also is obviously better than chrome in temperature resistance, Zinc alloy passivation, and satisfying some special mechanical demand. 关键词：锌与锌合金三价铬钝化优越性 Key Words：Zinc & Zinc Alloy Tri-chrome Passivation Advantage 引言 自1970年，国外对镀锌三价铬钝化就开始了商用化研究，但仅在近10年来，才在生产中大量使用。我国对三价铬钝化的试验研究虽然起步较迟，但近二年已有多家公司推出了自己的产品。 人们越来越重视六价铬的毒性，对三价铬钝化工艺的发展起到了重要的推动作用，CMR化学品分类法（指致癌、诱变或生殖毒性化学品）也迫使人们去寻找替代物。此外，欧洲的WEEE （1）和ELV 指引（2），对六价铬的使用也给出了一个时限，即从2006年7月1日在电子电气领域，和2007年7月1日在汽车领域，均禁用六价铬。该指引不仅对欧洲原产地的产品，而且对海外生产以及进口产品都同等对待。即便是那些不受该指引影响的领域，在当今环保强制的情况下，也在新建项目中逐渐减少采用六价铬的电镀生产。 三价铬钝化量的大幅度增长，也意味着市场上有着更大的产品多样化需求。譬如，与迄今六价铬不同的蓝白、彩色、黑色，以及阳极性保护原理在电镀纯锌、锌合金（包括锌镍、锌铁和锌钴合金）上的有效应用，都不同程度地扩大了用户的可选择性和市场的适应性。同时，封闭工艺的开发也确保了抗腐蚀性能的更高的需要，并且它还与一些现有的镀层兼容。我国汽车工业快速发展、汽车行业国际标准越来越高，和近年欧美环保汽配的市场需要，在客观上都推动了三价铬钝化及其它环保型工艺的生产应用。 一、 高耐蚀三价铬钝化 高耐蚀三价铬钝化膜既可以是透明的、彩色的，也可以是黑色的。适合的镀层是纯锌、锌铁、锌镍和锌钴合金，还包括锌合金和铝合金基体上直接钝化。 1.镀锌三价铬透明彩色钝化 镀锌透明三价铬钝化剂主要分为三种类型：一是以氟化物为基础的钝化剂，为了满足汽车制造工业的防腐蚀标准，往往需要再加上封闭工艺。该类型的钝化剂含有高浓度的三价铬，其操作温度在50°C左右，如Lanthane 315，它可以在工件表面生成一种厚厚的、透明的、带有轻度彩虹色，大约1 mg/dm2的铬化膜。这层膜加上封闭后，根据NF A 05-109法国标准，其耐蚀性试验产生白锈的时间，通常可以超过200 h。

低温去合金化处理对医用镍钛合金表面性质的影响

第37卷 第5期 稀有金属材料与工程 V ol.37, No.5 2008年 5月 RARE METAL MATERIALS AND ENGINEERING May 2008 收到初稿日期：2007-05-12；收到修改稿日期：2007-09-28 基金项目：“贵州省优秀科技教育人才省长专项基金”资助（2005214） 作者简介：苏向东，男，1966年生，博士生，副研究员，北京航空航天大学理学院材料物理与化学研究中心，北京100083，电话：010- 82317941，E-mail ：suxingdong01@https://www.docsj.com/doc/ab18941966.html, 低温去合金化处理对医用镍钛合金表面性质的影响 苏向东1,2，王天民1，郝维昌1，韩 峰2，黄亚励3，何 力2 (1. 北京航空航天大学，北京 100083) (2. 贵州科学院，贵州 贵阳 550002) (3. 贵阳医学院，贵州 贵阳 550004) 摘 要：分析了近等原子比NiTi 形状记忆合金实现去合金化的热力学条件，并采用低温去合金化处理法对其进行表面改性；经SEM 、XRD 、XPS 、EDX ，模拟体液(SBF)仿生沉积等分析研究表明，NiTi 合金经去合金化处理后，在合金表面选择性地除去了有害元素镍，在距表层约130 nm 深度内原位制备出完全无镍的具有纳米结构的二氧化钛层；同时结合上羟基(OH -)，在SBF 溶液中，经低温去合金化处理后的合金表面具有诱导Ca/P 沉积的能力，从而提高了NiTi 形状记忆合金的生物相容性。 关键词：NiTi 合金；去合金化；表面改性；热力学条件；纳米二氧化钛 中图法分类号：TG 146.4 文献标识码：A 文章编号：1002-185X(2008)05-0859-05 目前，近等原子比NiTi 形状记忆合金(NiTi SMA)依靠特殊的记忆效应、超弹性、低弹性模量、核磁共振无影响及良好的生物相容性, 已在骨外、口腔、介入等医学领域获得了广泛应用，用其制作的各种医疗器械达几十个品种；但该合金中含镍量较高Ni: 49%~51%(原子分数)，自然生成的二氧化钛钝化膜缺陷多，又很薄(几至十几纳米)，且其中还包含着无论是金属态还是氧化态的Ni [1,2]， 与人体组织接触易导致致敏、致畸等毒性反应[3]，故而对其是否能在人体内安全地长期使用一直存有争议；金属材料的表面性质对其生物相容性起着决定性作用，因此在不损害NiTi 合金体材料性能的前提下对其进行表面改性，消除镍的危害，提高合金生物相容性，具有重要的临床实际意义。 二氧化钛和钛及其合金的热膨胀系数非常接近，不仅能同基体间形成牢固的界面结合，而且还能在其表面结合反应基，从而使材料表面具有一定的生物活性[4,5]。为此，已有多种表面改性技术用于NiTi 合金表面制备氧化钛层，如电化学阳极氧化[6]、激光表面重熔[7]、等离子浸没注入O [8]、Sol-Gel 法制备TiO 2薄膜[9]、热氧化[10]、化学表面处理[11,12]、水热合成TiO 2薄膜[13]、离子束增强沉积制备TiO 2薄膜[14]等等。这些技术均在不同程度上取得了良好的效果，其中化学法表面处理由于具有成本低，操作简便，低温处理，不 损害体材料性能，且不受器械复杂几何形状的限制，可批量加工等优点，从而显示出一定的工业应用前景。 本研究分析了NiTi 合金实现去合金化(Dealloying )处理的热力学条件，并采用低温去合金化处理法，对NiTi 合金进行表面改性；然后系统地研究了低温去合金化处理对NiTi 合金表面性质的影响，同时也对低温去合金化处理后的NiTi 合金在SBF 溶液中是否具有生物活性进行了研究。 1 实 验 试验用NiTi 形状记忆合金性能达到国家《医疗器械和外科植入物用NiTi 形状记忆合金加工材标准》要求，其合金成分(at%，下同) 为Ni: 50.7%，Ti: 49.3%。 试样加工成20 mm ×10 mm ×2 mm ，用金相砂纸从400＃~1200＃逐级研磨抛光，然后分别在丙酮、无水乙醇中用超声波清洗。 将自行研制的去合金化处理液(由芳香族化合物、无机酸及一定量的添加剂组成)50 mL 装入比色管，将试样置于其中，加搅拌，在低温50 ℃下处理3 h ，然后取出用去离子水洗净，干燥。 用去离子水配制SBF 溶液(g/L)。NaCl: 7.995，KCl: 0.223，NaHCO 3: 0.353，Na 2SO 4: 0.071，K 2HPO 4·3H 2O: 0.228，CaCl 2: 0.555，MgCl 2·6H 2O: 0.305。用稀盐酸和氨水调溶液pH=7.4, 然后将经去合金化处理后的试样

铝合金阳极氧化与表面处理技术

铝合极氧化与表面处理技术 第一章引论 1.铝及铝合金的性能特点 密度低；塑性好；易强化；导电好；耐腐蚀；易回收；可焊接；易表面处理 2.简述铝合金的腐蚀性及其腐蚀形态 1）腐蚀性：（1）酸性腐蚀：铝在不同的酸中有不同腐蚀行为，一般在氧化性浓酸中生成钝化膜，具有很好的耐蚀性，而在稀酸中有“点腐 蚀”现象。局部腐蚀；（2）碱性腐蚀：铝在碱性溶液中的腐蚀， 碱能与氧化铝反应生成偏铝酸钠和水，然后再进一步与铝反应生 成偏铝酸钠和氢气。全面腐蚀；（3）中性腐蚀：在中性盐溶液中， 铝可以是钝态，也可能由于某些阳离子或者阳离子的作用发生腐 蚀。点腐蚀。 2）腐蚀形态：点腐蚀，电偶腐蚀，缝隙腐蚀，晶间腐蚀，丝状腐蚀和层状腐蚀等 点腐蚀：最常见的腐蚀形态，程度与介质和合金有关 电偶腐蚀：接触腐蚀，异（双）金属腐蚀，在电解质溶液中，当两种金属或合金相接触（电导通）时，电位较负的金属腐蚀被加速，而电位较正的 金属受到保护的腐蚀现象。 缝隙腐蚀：两个表面接触存在缝隙，该处充气溶解氧形成氧浓差原电池，使缝隙产生腐蚀。 晶间腐蚀：与热处理不当有关，合金元素或金属间化合物沿晶界沉淀析出，相对于晶粒是阳极，而构成腐蚀电池。 丝状腐蚀：丝状腐蚀是一种膜下腐蚀，呈蠕虫状在膜下发展，这种膜可以是漆膜，或者其他涂层，一般不发生在阳极氧化膜的下面。丝状腐蚀与合 金成分、涂层前预处理和环境因素有关，环境因素有适度、温度、氯 化物； 层状腐蚀：剥层腐蚀，也叫剥蚀。 3.铝合金表面处理技术包括哪几个方面？ 表面机械预处理（机械抛光或扫纹等）（2）化学预处理或化学处理（化学转化或化学镀等）（3）电化学处理（阳极氧化或电镀等）（4）物理处理（喷涂、搪瓷珐琅化及其物理表面技术改性）等。

钛合金常用规格及性能用途

钛合金常用规格及性能用途 TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 直径2mm ?8mm?9mm?10mm ? 直径12mm 15mm 16mm 18mm 20mm?25mm?30mm?35mm?40mm?45mm?50mm?55mm? 直径60mm 65mm 70mm 75mm 80mm?85mm?90mm?100mm?105mm?110mm?120mm ? TC4 / GR5 / Ti6AL4V 钛棒现货规格：? 厚度1mm 2mm 3mm 4mm 5mm 6mm 7mm 8mm 10mm?12mm 14mm ? 厚度16mm?18mm 20mm?25mm 30mm 32mm 35mm 50mm 45mm?50mm 60mm 70mm 80mm 90mm? 钛合金优越的特性： 1耐酸碱腐蚀，耐海水腐蚀，耐污水腐蚀； 2密度小（），轻； 3无磁性；广钛金属 4在-253°-600°之间使用，他的抗拉强度，在金属中，几乎是最高的。 应用举例:工业上除采用工业纯钛制造零件以外，大量使用的是钛合金。它在航空、航天、化工、造船、冶金、电子、医疗、石油、医药、军工等工业部门获得日益广泛的应用,制造燃气轮机部件。 【钛合金的性能】 钛是一种新型金属，钛的性能与所含碳、氮、氢、氧等杂质含量有关，最纯的碘化钛杂质含量不超过％，但其强度低、塑性高。％工业纯钛的性能为：密度ρ=cm3，熔点为172矽钛合金耐磨地坪5℃，导热系数λ=，抗拉强度σb=539MPa，伸长率δ=25％，断面收缩率ψ=25％，弹性模量E=×105MPa，硬度HB195。 (1)强度高钛合金的密度一般在cm3左右，仅为钢的60％，纯钛的强度才接近普通钢的强度，一些高强度钛合金超过了许多合金结构钢的强度。因此钛合金的比强度(强度/密度)远大于其他金属结构材料，见表7-1，可制出单位强度高、刚性好、质轻的零、部件。目前飞机的发动机构件、骨架、蒙皮、紧固件及起落架等都使用钛合金。 (2)热强度高使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作这两类钛合金在150℃～500℃范围内仍有很高的比强度，而铝合金在150℃时比强度明显下降。钛合金的工作温度可达500℃，铝合金则在200℃以下。 (3)抗蚀性好钛合金在潮湿的大气和海水介质中工作，其抗蚀性远优于不锈钢；对点蚀、酸蚀、应力腐蚀的抵抗力特别强；对碱、氯化物、氯的有机物品、硝酸、硫酸等有优良的抗腐蚀能力。但钛对具有还原性氧及铬盐介质的抗蚀性差。( 4)低温性能好钛合金在低温和超低温下，仍能保持其力学性能。低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。因此，钛合金也是一种重要的低温结构材料。 (5)化学活性大钛的化学活性大，与大气中O、N、H、CO、CO2、水蒸气、氨气等产生强烈的化学反应。含碳量大于％时，会在钛合金中形成硬质TiC；温度较高时，与N作用也会形成TiN硬质表层；在600℃以上时，钛吸收氧形成硬度很高的硬化层；氢含量上升，也会形成脆化层。吸收气体而产生的硬脆表层深度可达～ mm，硬化程度为20％～30％。钛的化学亲和性也大，易与摩擦表面产生粘附现象。 (6)导热系数小、弹性模量小钛的导热系数λ=（）钛合金制品约为镍的1/4，铁的1/5，铝的1/14，而各种钛合金的导热系数比钛的导热系数约下降50％。钛合金的弹性模量约