论文部分内容阅读
钛、镁及其合金具有密度低、比强度高等优异性能,在航空航天、汽车、电子、军工等领域具有广泛应用前景。本文研究了TA2纯钛、TC4钛合金及AZ91镁合金表面功能薄膜制备工艺,采用SEM、XRD、AFM、FT-IR及电化学测试等手段对涂镀层、腐蚀产物等物理化学性能进行了检测、分析。采用微弧氧化(MAO)的方法在TA2纯钛表面制备了具有光催化性能的Ti02薄膜。研究了电解液体系和添加剂V5+对TiO2薄膜光催化性能的影响。不同电解液中形成的陶瓷膜表面形貌差异较大,光催化性能也不同,其中在复合电解液15g/LNa3PO4+5g/LNa2SiO3+2g/LNaAlO2中制备的薄膜表面多孔,细腻,比表面积较大,其主要成分是锐钛矿相型TiO2,其平均粒径为2.30nm,光降解亚甲基蓝溶液去除率最大可达到63%。V5+引入电解液中,微弧氧化薄膜形貌发生变化,孔洞增大、表面粗糙,当掺杂V5+的量逐渐增加时,发现锐钛矿TiO2峰的强度逐渐增加,Ti02的粒度降低。当加入V5+0.3g/L时生成的Ti02薄膜光催化效果最好。采用化学镀(EN)的方法在TC4钛合金表面制备了金属镍层。研究浸锌活化工艺对化学镀层的影响,优化出浸锌溶液和化学镀液组成及操作条件分别为：氟化氢铵15g/L,硫酸锌15g/L,浸锌温度40℃,浸锌时间50s和硫酸镍(NiSO4·9H2O)28g/L,次亚磷酸钠(NaH2PO2·2H2O)30g/L,乳酸(C3H6O3)25ml/L,温度90℃,pH值5.2。采用MAO/EN结合法制备的TC4金属镍层具有较好的晶胞结构,对镀镍层的沉积过程进行研究表明,镍的生长是在微孔周围慢慢向内“吞噬”进行的,被“吞噬”的孔洞处逐渐形成微小的晶胞,继续施镀,镍颗粒逐渐长大。电化学极化曲线表明微弧氧化膜经过化学镀镍的封闭处理,腐蚀电位正移,腐蚀电流下降2个数量级,EIS分析显示化学镀镍层具有很高的极化电阻,极大地提高了基体的耐蚀性。采用化学转化的方法在AZ91D镁合金基体上制备了钼酸盐转化膜,其优化的最佳处理液配方为：pH为3.5,转化液温度为70℃,Na2MoO4浓度为40g/L,化学转化的时间为50min。该钼酸盐转化膜的主要成分为Mg2Mo3O8和MgMoO4。进一步用阴极电沉积法在转化膜表面负载Ti02光催化薄膜,得到最佳工艺条件为：电流密度10mA/cm2;沉积时间20min；0.9mlNH3H2O(200mL溶液中)。电化学测试分析表明该Ti02复合薄膜的耐蚀性优于单独钼酸盐转化膜及镁合金基体,对镁合金能起到保护的作用。采用化学沉积法和电沉积法在镁基陶瓷膜上制备的CaP/壳聚糖类涂层,其适宜工艺条件分别为：室温、壳聚糖2m1、沉积时间3-4h；电流密度为1～3mA/cm3,温度为30℃,壳聚糖的加入量为3-5ml。化学沉积法得到的涂层结构呈片状和团簇状结构两种结构,电沉积法制得的结构为单一的片状“蝴蝶花”型,膜层截面显示与基体结合良好。两种方法制得的CaP/壳聚糖复合薄膜均是由TCP、DCPD所构成,其中化学沉积法涂层还含有少量的HA。CaP/壳聚糖复合薄膜在SBF中的矿化行为表明,通过两种方法制备的生物薄膜均表现良好的生物相容性。但随着浸泡时间延长膜层表面结构还是发生了变化,化学沉积的CaP薄膜结构逐渐形成网络结构；电沉积的磷片状结构出现锯齿,局部出现腐蚀坑,溶液中检测到Ca离子和P离子的存在。SBF中的电化学测试分析表明：CaP复合薄膜的自腐蚀电位较微弧氧化膜及Mg基体均有所提高,极化曲线的钝化区间增加,自腐蚀电流明显下降；EIS测试表明CaP复合膜具有很高的极化电阻,膜容抗弧半径为最大,Zim为800Ω.cm2,极大地提高了基体在SBF中的耐蚀性。