微弧氧化对选区激光熔化多孔Ti6Al4V力学性能的影响

目的探究多孔Ti6Al4V经过微弧氧化(MAO)表面改性后力学性能的变化规律。方法采用选区激光熔化(Selective Laser Melting,SLM)制备了相对密度分别为0.30、0.38、0.47的多孔Ti6Al4V点阵材料,利用表面化学抛光预处理和MAO工艺在其表面制备MAO膜层,再通过显微观察和单轴压缩试验分析其微观形貌和力学性能。结果经过表面化学抛光预处理和MAO之后的多级多孔Ti6Al4V表面MAO膜层的孔径大小与脉冲电压及氧化时间呈正相关,膜层厚度和膜层中的钙磷原子比与氧化时间均呈现正相关关系,且在350 V脉冲电压和10 min氧化时间条件下制备的膜层最为均匀。MAO前后多孔Ti6Al4V的压缩应力-应变曲线基本一致,两者的弹性模量和屈服强度均随相对密度的增加而提高。与G-A方程计算的理论值相比,实测的弹性模量略有下降,但不显著,这可能是因为多孔Ti6Al4V在SLM成形过程中由于快速加热和冷却导致残余应力的产生,从而导致其弹性模量减小。同时由于SLM成形的多孔Ti6Al4V点阵材料中的孔隙壁可能低于理论预测中所假设的值,这会使得孔隙壁在加载过程中发生变形或破坏,这也会导致材料整体弹性模量的降低。而实测的屈服强度高于G-A方程计算的理论值,这可能是由于SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的孔隙结构相较于G-A方程的理论模型更加规则。此外,在对数坐标中,MAO前后的屈服强度与弹性模量呈强正比关系,斜率分别为1.10和1.18,十分趋近于G-A方程的理论值。这亦表明MAO对多孔Ti6Al4V的整体力学性能影响有限。结论脉冲电压为350 V、氧化时间为10 min条件下MAO工艺所制备的膜层最为均匀,同时MAO对SLM成形多孔Ti6Al4V点阵材料的总体力学性能影响有限。

多孔Ti的正压氛围烧结条件及其影响

以高纯Ti粉为原料,在正压(<0.1 MPa,表压)高纯Ar保护下,对多孔Ti的制备条件进行研究。结果表明:Ti粉体中加入的黏结剂聚乙烯醇(PVA)和致孔剂NH4HCO3可通过300～350℃前期热处理除去;体积收缩率随烧结温度的升高和保温时间的延长而增大,当烧结温度>1 000℃时,可得到微观形貌圆滑、具有较粗烧结颈的Ti材料;在实验条件下保温时间从1 h延长至3 h,体积收缩率增加量可达10%;多孔Ti的密度随成型压力的增大而增大,在成型压力>230 MPa时密度随压力变化渐趋平缓;体积收缩率随成型压力的增大而降低,二者呈近线性关系,其中成型压力100 MPa时的试样体积收缩率可达27%;实验制备的多孔Ti在测试中发生塑性屈服,屈服强度可达222.36 MPa,显示了较高的屈服强度和较好的抗压性能。

氢对多孔Ti6Al4V合金扩散连接质量的影响

文章通过采用Gleeble1500热模拟机进行真空扩散连接试验,研究了氢对多孔Ti6Al4V合金扩散连接质量的影响,并应用光学显微镜、扫描电镜(Scanning electron microscope,SEM)及电子万能试验机对界面孔洞弥合率、界面组织形貌、抗弯强度和断口形貌进行分析。结果表明,真空扩散连接后的孔洞弥合率随着原始氢含量的增加而升高,但升高的趋势逐渐平缓;扩散连接后,原始氢含量较低的试样室温组织为α+片状(α+β),原始氢含量高的试样室温组织为条状α+等轴状(α+β);室温下,在一定的氢含量范围内,氢元素在多孔合金中以间隙固溶和氢化物状态存在,均起到了强化作用,使扩散连接后材料抗弯强度增加;随着剩余氢含量的增加,断口由韧性沿晶断裂逐渐转变为脆性沿晶断裂和解理型穿晶断裂两种断裂方式的混合,并且随着氢含量增加,穿晶解理断裂特征增多。

制备工艺对多孔Ti6Al4V微观结构和性能的影响

多孔介质强迫发汗冷却是解决高超声速飞行器前缘热防护问题的有效措施。其中,多孔介质的孔隙结构及性能对于其冷却效果和可靠性影响显著,因此,制备出符合强迫发汗冷却要求的多孔材料至关重要。本工作以Ti6Al4V预合金粉末为原料,采用模压成型结合高温烧结,制备了不同开气孔率的多孔Ti6Al4V试样,通过金相及SEM观察、力学性能测试、XRD分析等方法研究烧结温度和保温时间对多孔Ti6Al4V孔隙形貌、显微组织和力学性能的影响。结果表明:提高烧结温度、延长保温时间会降低材料的开气孔率;开气孔率高时,材料中孔隙连通,渗流率高,但样品强度低;开气孔率低时,材料中孔隙闭合,大孔数量减少,渗流率低,强度高。其中开气孔率为21.8%的多孔Ti6Al4V试样综合性能最好。当该多孔Ti6Al4V样品作为主动防热材料时,可以耐受平均热流为2.5 MW/m^(2)的火焰烧蚀。

ZnO/CuO修饰多孔Ti电极的制备及其电化学性能

为了获得电化学性能良好的修饰电极,以多孔Ti为基体,通过水热法制备了一种以ZnO/CuO为复合物修饰的多孔Ti/ZnO/CuO电极,并利用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、X射线能谱分析(EDS)分别对电极的形貌和元素分布进行了定性表征。利用电化学工作站分别对多孔Ti/ZnO、多孔Ti/CuO和多孔Ti/ZnO/CuO修饰电极进行了循环伏安测试(CV)和线性扫描伏安测试(LSV)。结果表明,当CuCl_(2)·2H_(2)O为0.1mol/L、醋酸锌为0.01mol/L,乙酸锌与六次甲基四胺均为0.1mol/L时,ZnO纳米棒、CuO薄膜能够在孔径为1μm的多孔Ti表面均匀分布。同时,与单独的多孔Ti/ZnO、多孔Ti/CuO修饰电极相比,多孔Ti/ZnO/CuO修饰电极在有色聚酯醇解液中具有较强的电催化活性,且电催化性能明显。

Sb掺杂纳米SnO_2/多孔Ti电极的制备及其降解甲基橙性能（英文）

利用热分解方法在多孔钛上制备了Sb掺杂纳米SnO2电极。也研究了该电极降解甲基橙的电化学性能。SEM和XRD测试表明,在多孔钛基体上可获得完整的、无裂缝的涂层。无裂缝的涂层表面由粒径范围在80-230 nm的Sb掺杂SnO2纳米颗粒组成。HRTEM测试结果表明,SnO2纳米颗粒由5-6 nm细小颗粒构成。在其余条件相同的情况下,强化寿命试验表明,Sb掺杂纳米SnO2/多孔Ti电极的寿命远大于致密钛基体上的电极。Sb掺杂纳米SnO2/多孔Ti电极可将浓度为100 mg/L的甲基橙溶液降解到8 mg/L,显示出该电极具有很强的有机物污染物电催化降解能力。并指出采用简单的表面处理技术,将使多孔钛具有很高的潜力被应用到有机污水降解领域。

梯度多孔Ti的微弧氧化研究

在硫酸电解液中对致密Ti和梯度多孔Ti样品进行微弧氧化研究。分析了孔隙特性、电流密度和电解液组成对微弧氧化过程中起始电压、击穿电压、起弧时间、氧化膜形貌和厚度的影响,并测量了微弧氧化膜的物相组成。结果表明:与致密Ti样品相比,梯度多孔Ti样品的起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,氧化膜层厚度增加。随着电流密度的增加,梯度多孔Ti微弧氧化反应剧烈,表面膜层的微孔直径增大,孔洞变小,膜层表面粗糙度增加,膜层变厚。当在硫酸电解液中加入少量硝酸镧后,微弧氧化起始电压和击穿电压提高、起弧时间延长,表面氧化膜的平均孔径从200nm增加到2μm左右,膜层厚度从27.6μm增加到35.6μm,膜层表面粗糙度增加。XRD分析表明,微弧氧化膜主要由Ti、锐钛矿TiO2和金红石TiO2相组成,其中以锐钛矿TiO2为主。

超弹性多孔β相Ti16Nb4Sn合金的制备及其性能

采用低压烧结工艺制备了多孔Ti16Nb4Sn合金,研究了烧结温度对合金的孔隙形貌、组织结构以及力学性能的影响,揭示了烧结温度对孔隙形成以及力学性能影响的机理。结果表明:1 050℃烧结制备的多孔Ti16Nb4Sn合金的孔隙率较低,闭孔较多,孔径较小(0～50μm),呈离散状分布,组织以β相为主,含有少量α″相,合金具有超弹性;1 380℃烧结制备的多孔合金孔隙率较高,开孔度也较高,孔径分布在50～300μm之间,呈网状分布,无明显各向异性,组织基本由β相组成,与1 050℃烧结制备的多孔合金相比,强度较高,但是超弹性较差。

医用多孔Ti及钛合金的国内研究现状

多孔Ti继承了钛合金较高的比刚度、比强度等物理化学特性、优异的耐腐蚀性和生物相容性,其独特的孔隙结构又赋予其超低密度和大比表面积等特点,是结构功能一体化的人体替代材料,近年来在临床医学领域得到了非常广泛的应用。众多研究和应用表明,多孔Ti的性能和功能强烈依赖于不同方法制备多孔Ti的孔隙结构。表面活化技术可显著提高多孔Ti的表面活性,缩短植入人体后的愈合期。本文针对多孔Ti的结构和性能特点,介绍了多孔Ti的常见制备方法,对多孔Ti的表面改性、生物活性与骨诱导性及国内的研究现状进行了总结,展望了生物医用多孔Ti及钛合金的发展。

多孔Ni-Ti形状记忆合金在医学和减震方面的应用研究

在对多孔Ni-Ti形状记忆合金的特点及工程应用须解决的关键问题进行分析的基础上,介绍了该材料的最新研究进展。对多孔Ni-Ti形状记忆合金优良的力学性能、形状记忆效应、超弹性、阻尼特性和生物相容性等特点进行了综述,并对其在医学和减震方面的应用前景和发展趋势进行展望。

球磨时间对Ti_(84)Mo_(16)合金多孔材料力学性能的影响

基于粉末冶金制备工艺,采用碳酸氢氨介质法制备了不同孔隙率Ti84Mo16合金多孔材料。实验以球磨时间作为研究对象,探索球磨时间对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的影响规律。实验结果表明:球磨2 h可以得到强度较高的Ti84Mo16合金多孔材料,而球磨5 h可以得到塑性较高、力学综合性能较好的Ti84Mo16合金多孔材料,同时5 h及以上球磨时间是制备纯β相Ti84Mo16合金多孔材料的合适球磨时间。

纳米纯钛掺杂对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能优化探索

针对医用ZhAO硬组织置换材料的低弹性模量要求,基于粉末冶金制备工艺,探索制备Ti84Mo16合金多孔材料,并以纳米纯钛粉体作为掺杂物,探索纯钛掺杂对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的优化作用。研究发现,在5 h球磨Ti84Mo16粉体中掺杂纳米纯钛粉体,经1200℃烧结工艺后制备的Ti84Mo16合金多孔材料力学性能得到优化,其强度和塑性都得到改善。

孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能影响研究

基于粉末冶金制备工艺,以降低生物医用Ti84Mo16合金的弹性模量为目标,用碳酸氢氨作为介质掺杂粉体制备Ti84Mo16合金多孔材料。探讨不同孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的影响规律。结果表明,孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能有着明显的影响,随着孔隙率增加,Ti84Mo16合金多孔材料力学强度呈几何指数下降,孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能影响规律满足Lorna J.Gibson及Michael F.Ashby的经典理论。同时2小时球磨Ti84Mo16合金多孔材料具有较高强度,5小时球磨Ti84Mo16合金多孔材料具有较好塑形。

球磨时间对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的影响研究

基于粉末冶金制备工艺，采用碳酸氢氨介质法制备了不同孔隙率Ti84Mo16合金多孔材料。实验以球磨时间作为研究对象，探索球磨时间对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的影响。实验结果表明：2小时球磨可以得到强度较高的Ti84Mo16合金多孔材料，而5小时球磨可以得到塑性较高、力学综合性能较好的Ti84Mo16合金多孔材料，同时5小时及以上球磨时间是制备纯β相Ti84Mo16合金多孔材料的合适球磨时间。实验研究对低弹性模量、高强度生物医用钛合金开发有着重要的借鉴价值。

孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能影响研究

基于粉末冶金制备工艺，以降低生物医用Ti84Mo16合金的弹性模量为目标，用碳酸氰氨作为介质掺杂制备Ti84Mo16合金多孔材料，文章以孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能影响作为研究对象，探讨不同孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能的影响规律。实验发现，孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能有着明显的影响，随着孔隙率增加，Ti84Mo16合金多孔材料力学强度呈几何指数下降，孔隙率对Ti84Mo16合金多孔材料力学性能影响规律满足LornaJ．Gibson及MichaelF．Ashby的经典理论。同时2小时球磨Ti84Mo16合金多孔材料具有较高强度，5小时球磨TTi84Mo16合金多孔材料具有较好塑形。

CaCl_2-NaCl熔盐中CaO浓度对熔盐电解FeTiO_3的影响

采用熔盐电解法，在CaCl2-NaCl混合熔盐中电解还原钛铁矿，制备出了多孔、粒径在10μm左右的Ti-Fe合金，探讨了CaO加入量对电解还原钛铁矿的影响。结果表明，熔盐中添加摩尔分数0～1．O％的CaO促进钛铁矿还原并生成，加快了电解过程；当CaO浓度增加到1．5％后，抑制了CaTiO3的还原。

不同超声处理时间下Ti-Cu合金在镁熔体中的脱合金反应

为提高Ti-Cu二元合金在Mg熔体中的脱合金反应速率,通过在Mg熔体中引入超声场作用,研究超声作用下金属熔体中的脱合金反应过程及反应速率。研究发现,超声场可促进脱合金反应进行,但随着超声时间的增加,超声场的促进作用逐渐削弱。超声场在熔体中产生的空化和声流效应可加速脱出元素Cu向Mg熔体中的扩散,但过长的超声时间引起界面处Cu原子聚集,减弱了促进作用。

有机添加剂对TiO_2/Ti复合微滤膜制膜液性质和成膜的影响

采用改进浸浆法制备TiO2/Ti复合微滤膜,考察有机添加剂聚乙烯亚胺(PEI)和甲基纤维素(MC)对制膜液性质和成膜的影响,并通过控制合适的制膜液黏度,以期制备完整无缺陷的TiO2/Ti金属陶瓷复合微滤膜,将金属支撑体与陶瓷活性分离层有机集成。结果表明:PEI对溶胶分散制膜液中颗粒的荷电特性有显著影响,并表现出与水分散制膜液不同的特性。不同PEI的添加同时能显著影响制膜液的稳定性和粒径分布,其添加量为相对于TiO2粉体质量的3%,制膜液黏度可以在1 200 min内均保持稳定。制膜液中形成粒径约为1 370 nm的团聚体,可以显著地缓解制膜颗粒的内渗和提高湿膜层的稳定性。制膜液黏度随着MC加入量的增加而增大,且对成膜有显著的影响。黏度过大或过小,都会导致膜层不完整或裂纹的产生,合适的MC质量分数为10%。

糖球造孔法制备三维多孔钛支架及性能表征

骨组织工程支架的贯通性及其力学性能对其体内的生物学表现具有重要影响。多孔支架结构在骨组织修复和替换过程中起着支撑细胞黏附的作用。本研究以钛粉为原料,采用甲壳素溶胶体系和糖球造孔剂制备多孔Ti支架,考察不同Ti含量浓度对支架的孔隙率、收缩率、宏孔尺寸及抗压强度的影响。结果表明,当Ti浓度为50%时,支架具有相对优异的孔隙结构及抗压强度,Ti含量为30%,支架易在烧结过程中发生塌陷,而Ti浓度为70%时,会使得支架孔隙较为封闭,贯通性变差。后续对Ti-50支架应用两种方法进行干燥,考察自然干燥法与冷冻干燥法下支架的收缩率与质量降低率。结果表明,冷冻干燥法对支架进行干燥后,更利于样品形貌的保持。