AZ31和Ti6Al4V表面Nb_(2)O_(5)涂层的微观结构与性能研究

采用射频溅射技术在AZ31镁合金和Ti6Al4V钛合金表面分别沉积Nb_(2)O_(5)陶瓷涂层,对比研究其微观结构、残余应力、附着力和耐腐蚀性能。研究结果表明:两种涂层试样表面组织致密,颗粒大小均匀,无明显的裂纹和孔洞等缺陷。当Nb_(2)O_(5)涂层的厚度为1.98μm时,Ti6Al4V涂层试样的残余应力(27.1 MPa)比AZ31涂层试样的小65.1%,附着力(9.24 N)比AZ31涂层试样的大13.2倍。Nb_(2)O_(5)陶瓷涂层能明显提高Ti6Al4V和AZ31的耐腐蚀性能,但在腐蚀电流密度的降低幅度、极化电阻的增大程度和保护效率方面,镁合金涂层试样优于钛合金涂层试样。

溅射方式对氧化铌涂层微观结构与性能的影响

分别采用射频溅射和射频反应溅射方式在AZ31镁合金表面制备了氧化铌涂层,并利用扫描电子显微镜、X射线衍射仪、X射线光电子能谱仪、多功能材料表面性能试验仪和电化学工作站对比研究了两种涂层的微观形貌、物相组成、附着力和耐腐蚀性能。研究结果表明,两种涂层都呈非晶柱状结构,铌的价态为Nb^(5+),对AZ31镁合金的腐蚀保护率达93%以上;与射频溅射沉积的氧化铌涂层相比,射频反应溅射沉积的氧化铌涂层的表面致密性和耐蚀性能更强,附着力提高约7.4倍。

钛合金TC4表面医用氧化物陶瓷涂层的残余热应力分析

采用有限元方法分析了钛合金TC4表面分别溅射沉积的4种医用陶瓷涂层Ta_(2)O_(5)、Nb_(2)O_(5)、ZrO_(2)和TiO_(2)的残余热应力分布情况,并以Ta_(2)O_(5)涂层为例,研究涂层的厚度与结构对残余热应力最大值的影响。结果表明,4种氧化物涂层的残余热应力都表现为拉应力,且应力最大值均位于涂层/基体结合界面的外边缘,其中残余热应力最大值最大的是Ta_(2)O_(5)涂层(32.2 MPa),其次是Nb_(2)O_(5)(19.7 MPa)和ZrO_(2)涂层(10.2 MPa),最小是TiO_(2)涂层(1.03 MPa)。当涂层厚度由1μm增加到4μm时,Ta_(2)O_(5)涂层的残余热应力最大值呈现先减小后增大的变化趋势,其中涂层厚度为2.5μm时的残余应力最大值最小。对于不同结构的Ta_(2)O_(5)涂层来说,在表面层厚度或涂层总厚度相同的情况下,残余热应力最大值由小到大的涂层结构依次为梯度涂层、复合涂层、单层涂层。