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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

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

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

水热反应液浓度对TC4钛合金微弧氧化涂层硬度和摩擦性能的影响

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轻金属 2020年第4期 41-45页

作者：宋嘉骏李文博杨涵崧李成海张云龙杨婷婷李国晶王涛佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化... 详细信息

针对TC4钛合金耐腐蚀性偏低的问题,本文利用微弧氧化技术在TC4钛合金表面制备陶瓷涂层,探究电解液中水热合成液浓度对TC4钛合金微弧氧化(MAO)涂层硬度和摩擦行为的影响。利用XRD、SEM、摩擦试验机等设备对水热处理的TC4钛合金微弧氧化进行表征。研究结果表明:随着水热反应液浓度增加,TC4钛合金微弧氧化涂层中金红石相TiO2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相TiO2减弱。在水热处理24h后,在水热反应试验条件下能实现羟基磷灰石颗粒的合成,并且反应液浓度越高,获得的羟基磷灰石越多。水热合成浓度增加,有助于TC4钛合金涂层表面平整度增加。水热处理后的TC4钛合金MAO涂层的显微硬度呈现出先增加后降低的趋势。水热处理TC4钛合金MAO涂层的摩擦因数在0.95~1.1之间,水热合成液的浓度对摩擦因数影响不明显。

关键词： TC4钛合金微弧氧化涂层摩擦行为水热合成羟基磷灰石

Er(NO3)3掺杂对TC4微弧氧化涂层电化学行为的影响

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热加工工艺 2020年第4期49卷 88-91页

作者：张晶尧李成海杨涵崧张云龙王涛李国晶潘佳琦佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

针对TC4合金耐腐蚀性偏低的问题,利用微弧氧化技术在TC4表面制备陶瓷涂层,探究了电解液中Er(NO3)3掺杂量对TC4微弧氧化(MAO)涂层润湿性能和电化学行为的影响作用。结果表明:随着Er(NO3)3含量的增加,TC4涂层中金红石相TiO2衍射峰逐渐加强... 详细信息

针对TC4合金耐腐蚀性偏低的问题,利用微弧氧化技术在TC4表面制备陶瓷涂层,探究了电解液中Er(NO3)3掺杂量对TC4微弧氧化(MAO)涂层润湿性能和电化学行为的影响作用。结果表明:随着Er(NO3)3含量的增加,TC4涂层中金红石相TiO2衍射峰逐渐加强,锐钛矿相TiO2减弱。在电解液中引入适量Er(NO3)3有助于促进金红石相TiO2形成。Er(NO3)3含量变化对TC4钛合金微弧氧化涂层表面粗糙度的影响不大,粗糙度在6~12μm内。在电解液中引入Er(NO3)3后,TC4涂层的极化曲线会向正电位方向移动。增加Er(NO3)3含量,腐蚀电位增加。

关键词： TC4钛合金微弧氧化涂层电化学分析润湿行为稀土硝酸盐

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

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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

电解液中Y(NO3)3含量对7075铝合金微弧氧化涂层性能的影响

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轻金属 2020年第5期 53-57页

作者：王唯一张云龙李文博李成海潘佳琦王涛杨婷婷杨涵崧佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

为了提高7075铝合金的耐磨性,对其进行微弧氧化处理,探讨电解液中Y(NO 3)3含量对涂层性能的影响。利用XRD、SEM、共聚焦显微镜和摩擦试验机表征涂层的相组成、表面形貌、摩擦因数等。研究结果表明:7075铝合金微弧氧化涂层主要由α-Al 2... 详细信息

为了提高7075铝合金的耐磨性,对其进行微弧氧化处理,探讨电解液中Y(NO 3)3含量对涂层性能的影响。利用XRD、SEM、共聚焦显微镜和摩擦试验机表征涂层的相组成、表面形貌、摩擦因数等。研究结果表明:7075铝合金微弧氧化涂层主要由α-Al 2O 3和γ-Al 2O 3两相构成。电解液中添加Y(NO 3)3后,微弧氧化涂层覆盖均匀,涂层中更容易形成γ-Al 2O 3相。随着Y(NO 3)3含量增加,涂层中α-Al 2O 3相衍射峰加强,α-Al 2O 3含量有所增加,涂层显微硬度呈现出先增加后降低的趋势,最大值出现在添加的Y(NO 3)3质量分数为3.5‰时,约为1852 HV。当添加的Y(NO 3)3质量分数低于2.5‰,获得涂层较为平滑。但当Y(NO 3)3质量分数超过3‰后,微弧氧化涂层的腐蚀程度有所加强。在Y(NO 3)3质量分数低于2.5‰时,表面粗糙度在5.8~6.5μm间变化。当Y(NO 3)3质量分数高于2.5‰时,表面粗糙度在7.1~7.7μm区间变化。随着Y(NO 3)3含量增加,获得涂层摩擦因数有所降低,Y(NO 3)3质量分数分别达到3.5‰和4‰时,摩擦因数分别为0.8和0.6。

关键词： 7075铝合金微弧氧化涂层稀土添加显微硬度摩擦因数

Pr(NO3)3对ZA31镁合金微弧氧化涂层组织与性能的影响

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轻金属 2020年第4期 46-51页

作者：孙科文张云龙李文博李成海潘佳琦尹冬松胡明王涛佳木斯大学材料科学与工程学院黑龙江佳木斯154007

针对生物医用镁合金耐蚀性差的问题,利用微弧氧化技术对ZA31镁合金进行表面改性处理,旨在获得抗腐蚀性优良的陶瓷涂层。在已优化的硅酸盐电解液体系和电化学参数条件下,对ZA31镁合金进行微弧氧化处理,研究电解液中Pr(NO3)3含量对微弧氧... 详细信息

针对生物医用镁合金耐蚀性差的问题,利用微弧氧化技术对ZA31镁合金进行表面改性处理,旨在获得抗腐蚀性优良的陶瓷涂层。在已优化的硅酸盐电解液体系和电化学参数条件下,对ZA31镁合金进行微弧氧化处理,研究电解液中Pr(NO3)3含量对微弧氧化涂层的相组成、微观结构、润湿角、表面粗糙度以及电化学性能的影响。研究结果表明:在电解液中添加Pr(NO3)3后获得的ZA31镁合金涂层主要由MgO、MgSiO3和Mg2SiO4等晶相组成,未检测到Pr的氧化物相。未添加Pr(NO3)3时,涂层具有火山口状的微孔结构。随着Pr(NO3)3添加量增加,涂层表面的孔洞和火山状凸起减少,孔洞尺寸也明显减小,伴随出现大量表面平滑的区域,表面粗糙度降低。当Pr(NO3)3添加量不同时,涂层表面粗糙度在1.8~2.4μm范围内变化。在电解液中添加Pr(NO3)3后,涂层的极化曲线向正电位方向移动,涂层腐蚀电位正移,但幅度变化不大,腐蚀电流降低约为1~2个数量级,涂层的耐蚀性提高。

关键词： ZA31镁合金微弧氧化涂层润湿行为稀土硝酸盐

铜绿假单胞菌对AZ91D镁合金及微弧氧化涂层腐蚀行为的影响

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铜绿假单胞菌对AZ91D镁合金及微弧氧化涂层腐蚀行为的影响

作者：金勇东北大学

学位级别：硕士

镁合金作为目前最轻的金属结构材料,在汽车交通、航空航天及电子产品等领域拥有巨大的应用前景。然而,较差的耐腐蚀性能严重制约了镁合金的大规模应用。除了常见的温度、应力等物理因素,环境中的微生物同样会对镁合金及其防护涂层的腐... 详细信息

镁合金作为目前最轻的金属结构材料,在汽车交通、航空航天及电子产品等领域拥有巨大的应用前景。然而,较差的耐腐蚀性能严重制约了镁合金的大规模应用。除了常见的温度、应力等物理因素,环境中的微生物同样会对镁合金及其防护涂层的腐蚀失效产生影响。本文探究了铜绿假单胞菌对AZ91D镁合金及微弧氧化涂层腐蚀行为的影响,并探讨了影响机制,丰富了镁合金在微生物腐蚀领域的研究。本文通过浸泡试验及腐蚀电化学试验,对比了 AZ91D镁合金在无菌及有菌环境下腐蚀行为的差异。研究结果表明,AZ91D镁合金在无菌环境下的腐蚀速率为0.13±0.01 mm/a,腐蚀类型为均匀腐蚀;而有菌环境下的腐蚀速率为0.23±0.01 mm/a,表面呈现局部腐蚀特征。在无菌环境下,AZ91D镁合金的腐蚀因腐蚀产物层的堆积而逐渐被抑制;有菌环境下,铜绿假单胞菌会附着于镁合金表面形成不均匀的生物膜,其生长代谢会加快腐蚀产物膜的破损,进而加速AZ91D镁合金的腐蚀。动电位极化曲线结果显示,铜绿假单胞菌通过促进阴极析氢反应来加速β相的脱落,进而加速AZ91D镁合金的腐蚀。此外,本课题利用硅酸盐电解液在AZ91D镁合金表面制备了厚度约为30μm的微弧氧化涂层及纳米CuO掺杂微弧氧化涂层,并探究了铜绿假单胞菌对两涂层腐蚀行为的影响。研究结果表明:微弧氧化涂层外观为灰白色,掺杂纳米CuO后涂层变为黑红色,且纳米CuO主要在涂层表面富集。铜绿假单胞菌通过促进AZ91D镁合金基体界面上的阴极析氢反应来加速微弧氧化涂层及纳米CuO掺杂微弧氧化涂层的腐蚀。添加纳米CuO颗粒后,微弧氧化涂层表面的孔洞增多,导致纳米CuO掺杂微弧氧化涂层的耐蚀性略低于未掺杂微弧氧化涂层。

关键词： AZ91D镁合金铜绿假单胞菌微弧氧化涂层纳米CuO 腐蚀