微弧氧化-电化学共沉积磷酸钙类涂层的研究

本项工作采用电沉积的方法在微弧氧化后的钛基体上制备了磷酸钙类涂层.室温条件下在300V恒压下阳极氧化1min,形成均匀孔洞的钛片,孔洞周围有较规则的突起,在此基础上进行电沉积不同时间获得磷酸钙类涂层.用扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射(XRD)等手段对涂层进行了表征,体外模拟后涂层表面形成了羟基磷灰石,锐钛矿型TiO2,金红石型TiO2.涂层的磨损试验结果表明,该涂层的摩擦磨损性能得到了极大的改善.

电化学“微弧氧化”技术引入《金属材料表面工程》实验教学课程建设

《金属材料表面工程》是材料与化工专业的一门专业课程,具有较强的理论性与实践性。课程教学中涉及到的表面工程技术类型较多,且各种表面工程技术仍处于不断发展和更替当中。为加强学生对现代表面工程技术的认识,本文探讨将电化学表面工程技术的最新发展成果—微弧氧化技术融入到实验课程教学中去。从实验方案设计、现象观察、数据记录与分析等环节入手,探索创建“微弧氧化技术”实验课程,培养学生实验动手能力和辩证思维能力,了解科技前沿,提升科学素养,为学生以后从事金属材料表面工程技术方面的科学研究和实际应用打下良好的基础。

微弧氧化钛电泳沉积制备氧化镁涂层及其抗菌性与生物相容性

口腔种植修复术失败的主要原因是术后细菌在种植体表面黏附形成生物膜并导致周围炎症,主要致病菌为牙龈卟啉单胞菌(P.gingivalis,P.g),植入物相关感染严重影响手术效果及增加患者痛苦与费用,因此须赋予植体表面抗菌能力以降低感染发生率。微弧氧化(Micro-arc oxidation,MAO)技术是通过高电压形成牢固结合且具备良好骨整合性能的氧化涂层,同时已有研究发现镁及其化合物(氧化镁)具有良好抗菌性和生物相容性。将MAO与电泳沉积(Electrophoretic deposition,EPD)技术结合,在多微孔的二氧化钛表面沉积纳米氧化镁(nano-MgO)涂层,并评价其体外抗菌性能及生物相容性。通过SEM、XRD、EDS观察样品表面形貌结构、测定元素组成。通过稀释涂板计数法、细菌活死染色及SEM观察评价nano-MgO涂层对P.g的体外抗菌性能。通过将人牙龈成纤维细胞(HGF)与nano-MgO涂层共培养后CCK-8法、细胞活死染色及骨架染色观察评价nano-MgO涂层体外生物相容性。研究结果发现,nano-MgO颗粒在二氧化钛多微孔表面均匀-团聚沉积且覆盖率随沉积时间增加。各组样品对P.g的体外抗菌性能在24 h为6%~54%,在72 h为39%~79%。显微观察(活死及SEM)样品表面活菌比例随沉积时间而减少。各组样品与HGF共培养1 d后细胞相对存活率为79%–67%,5 d后为93–85%。荧光显微观察发现MAO钛样品表面几乎无死细胞,其余4组表面死细胞比例随沉积时间增加,各组样品表面细胞形态完整且各组间无明显差异。MAO钛表面EPD nano-MgO涂层具备良好体外抗菌性能及生物相容性,研究成果可为降低口腔种植修复术的感染发生率、减少患者痛苦及手术费用提供一种新方法。

氯离子在局部电化学中对铜电沉积的影响

局部电化学沉积(LECD)制造金属微结构是一种非常便捷和经济的方法。用20μm直径微阳极来研究Cl^(-)浓度在LECD上对铜微柱形貌、直径、沉积速率等的影响。Cl^(-)使铜离子先还原为亚铜离子,然后再还原成铜,能促使铜微柱沉积速率提高,进而可调控铜微柱形貌质量,提高沉积效率。在铜还原过程中氯化亚铜会在铜微柱表面形成,并发生歧化反应,使铜微柱表面产生孔隙、粗糙形貌,而过高Cl^(-)浓度会形成氯化亚铜结晶,增大铜微柱直径。受高电流密度和高氢离子浓度影响,在铜微柱内部无法沉淀氯化亚铜。Cl^(-)浓度所对铜微柱形貌、沉积速率等的影响为Cl^(-)与其它添加剂在LECD上协同应用提供了参考。

微弧氧化/电化学沉积钙磷涂层纯钛种植体的骨内植入

背景:近年来已有对微弧氧化/电化学沉积技术制备涂层在材料性能方面的相关报道,但对这种材料植入体内的性能研究较少见。目的:观察纯钛种植体经微弧氧化/电化学沉积处理后的骨结合和新骨形成情况。方法:通过微弧氧化/电化学沉积方法在纯钛上制备含钙磷元素的涂层,然后将该种植体和纯钛种植体分别植入羊两侧胫骨种植窝内,于动物处死前15,5d分别进行注射四环素进行四环素标记。术后4,12周分别进行X射线、扫描电镜及激光共聚焦观察。结果与结论:两侧X射线表现相似,种植体周围均无明显阴影,骨小梁排列和骨质密度与宿主骨基本一致。术后4周时,在电镜下可观察到两组种植体和骨组织之间均有间隙,部分见骨性结合;术后12周时,微弧氧化/电化学沉积种植体组可形成新骨,并且新骨与种植体和原来骨组织结合紧密,涂层与钛基体没有明显间隙,纯钛种植体组也可见新骨生成,但可看到明显裂隙。激光共聚焦观察显示,微弧氧化/电化学沉积种植体组双标记带间距离及骨矿化沉积率均高于纯钛种植体组(P<0.05)。表明微弧氧化/电化学沉积处理可增强纯钛种植体的骨结合能力及新骨形成。

(NaPO_3)_6对AZ91D镁合金微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀特性的影响

在Na2SiO3-KOH电解液体系中添加一定量的(NaPO3)6,利用微弧氧化(MAO)技术在AZ91D镁合金表面制备了原位生长的陶瓷层.采用动电位极化和电化学阻抗谱(EIS)技术研究了添加(NaPO3)6前后,制备的陶瓷层在3.5%(w)NaCl溶液中的室温电化学行为.结果表明,添加(NaPO3)6后,陶瓷层的自腐蚀电位显著上升,自腐蚀电流密度明显减小.这主要是由于(NaPO3)6增加了反应过程中基体镁合金表面的"氧空位"和溶液中PO34-的含量,促使元素Mg在金属/膜层(M/F)界面上快速形成相应氧化物,从而增加了陶瓷层的厚度和致密性.根据电化学反应体系和陶瓷层的特殊结构,建立了合理的等效电路,并结合EIS数据,分析了添加(NaPO3)6提高陶瓷层耐电化学腐蚀性能的机理.

LC4超硬铝合金微弧氧化膜电化学腐蚀特性

用微弧氧化方法在LC4超硬铝合金表面获得较厚的氧化膜,测定了氧化膜的生长曲线及电流密度变化,并用电化学方法测定不同厚度膜的极化曲线,采用零电阻技术测量3.5%NaCl溶液中LC4铝合金-铜电偶对电偶腐蚀情况。用扫描电镜观察合金基体和微弧氧化膜的腐蚀形貌。经过微弧氧化处理后,LC4超硬铝的腐蚀电流密度比基体降低几个数量级,腐蚀电位上升,耐腐蚀性能得到很大提高,但膜超过一定厚度时腐蚀电流密度反而有所升高。较厚的微弧氧化膜大幅度降低了LC4/Cu电偶对的电偶电流,电偶电位正向移动。

AZ31镁合金微弧氧化膜的电化学腐蚀性能

选用碱性硅酸盐溶液,对AZ31镁合金进行微弧氧化处理,获得了由厚度为3μm的致密层和厚度为22μm的疏松层组成的双层结构膜,主要由MgO、Mg2SiO4、Mg2SiO3组成.用测量阳极极化曲线与电化学阻抗谱(EIS)的方法研究了微弧氧化AZ31镁合金的电化学腐蚀行为.在pH12的0.5 mol/LNaCl溶液中,微弧氧化AZ31镁合金阳极极化曲线由原始镁合金的活化溶解转变为自钝化-点蚀击穿过程,自腐蚀电流密度降低1个数量级.原始AZ31镁合金的EIS呈现一个容抗弧和一个感抗弧,发生均匀腐蚀,感抗弧的出现表明电极反应过程中存在中间产物Mg+;微弧氧化AZ31镁合金浸泡96 h后EIS呈现三个容抗弧和一个的感抗弧,感抗弧的出现表明发生局部腐蚀,并且容抗弧直径较原始合金相比增大近5倍,微弧氧化膜阻碍了Cl-离子的扩散和迁移,合金的耐蚀性能显著提高.

Al-Li合金微弧氧化膜的电化学腐蚀性能

为提高铝锂合金的耐蚀性以延长使用寿命,采用不同电流密度在其表面制备微弧氧化陶瓷层,利用XRD、扫描电子显微镜对微弧氧化层进行物相、组织形貌分析,并在NaCl溶液中测试微弧氧化膜的极化曲线,分析其电化学腐蚀性能。结果表明:微弧氧化后陶瓷层呈多孔结构,主要成膜相为Al2O3,显微硬度在8. 65～10. 58 GPa。随着微弧氧化电流密度增大,耐腐蚀性先增后减。当电流密度为0. 5 A/cm2、频率600 Hz、占空比7%时,制得的微弧氧化膜耐腐蚀性较好。

2A12铝合金微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀行为

采用电化学方法研究了2A12铝合金基体、硬质阳极氧化膜层、不同厚度2A12铝合金微弧氧化陶瓷层的腐蚀性能。结果表明,微弧氧化处理的铝合金样品耐蚀性能强烈地依赖于陶瓷层的厚度,陶瓷层越厚其耐腐蚀能力越强。随着微弧氧化时间的延长,陶瓷层回扫曲线的腐蚀电位逐渐高于正扫的腐蚀电位,说明没有局部腐蚀倾向,陶瓷层表面发生了再钝化,抗点蚀能力增强。采用局部电化学阻抗技术获得的微弧氧化陶瓷层表面阻抗的分布图结果表明,铝合金微弧氧化陶瓷层表面的阻抗分布很不均匀,与其表面形貌一致;微弧氧化60min的陶瓷层表面的阻抗值在1.0×104~8.0×104Ω之间,而微弧氧化90min的陶瓷层表面的阻抗值在1.8×105~1.4×106Ω之间。随着微弧氧化时间的延长,阻抗逐渐增大。

镁合金微弧氧化陶瓷层耐蚀性的电化学分析

采用IM6e型电化学工作站,测试了镁合金微弧氧化后陶瓷层的电化学阻抗(EIS)、稳态电流/电位极化曲线(SteadyStateI/ERecording)以及Tafel斜率。结合测量结果对微弧氧化处理镁合金的耐蚀性进行分析。结果表明,经过微弧氧化处理后试样的电化学阻抗比未经处理原始试样的电化学阻抗高3个数量级。微弧氧化处理过程中存在一个最佳陶瓷层厚度,当超过或低于这个最佳厚度时,试样的耐蚀性都较差,只有达到这个最佳厚度时,试样的耐蚀性才是最佳的。

镁合金黑色微弧氧化膜在NaCl溶液中腐蚀电化学演变

目的评价镁合金黑色微弧氧化热控膜层在氯离子作用下的腐蚀演变行为。方法在电解液中添加不同浓度的添加剂制备微弧氧化膜层,分析不同微弧氧化膜试样在0.1mol/LNaCl溶液中的电化学演变过程。采用电化学极化、电化学交流阻抗表征和拟合,结合扫描电镜等方法,对膜层演变规律及机理进行了探讨。结果未经微弧氧化的镁合金自腐蚀电流密度为17.7μA/cm2,自腐蚀电位为-1.464V;经微弧氧化后,试样自腐蚀电流密度减小至0.09μA/cm^2,自腐蚀电位下降至-1.628V。添加剂加入后制备的微弧氧化膜相比于镁合金基体,其耐蚀性能提高,且随着添加剂浓度的增加,耐蚀效果呈现先增加、后减弱的趋势,添加剂质量浓度在10g/L时制备的膜层具有最好的防腐效果。镁合金微弧氧化热控膜层在NaCl溶液中腐蚀过程分为三个阶段:一是腐蚀性离子进入多孔膜层,引起界面熔融层变化;二是MgO与水分子反应造成内层膜更加致密,阻抗有所增加;三是腐蚀溶液接触到部分镁合金基底,发生电化学腐蚀,形成楔形效应,引发裂纹,最终导致局部腐蚀失效。结论微弧氧化提高了膜层的耐蚀性能,其在0.1mol/LNaCl溶液中的腐蚀过程可分为介质进入孔内、水合反应和局部腐蚀三个阶段。

LY12铝合金微弧氧化陶瓷层的电化学腐蚀行为

为了系统了解微弧氧化电参数对铝合金微弧氧化膜耐蚀性的影响,采用自制的设备以恒流法在硅酸盐系电解液中对LY12铝合金进行微弧氧化处理。研究了频率、占空比、时间等参数对铝合金微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀行为的影响。用扫描电镜(SEM)和电化学工作站等手段,分析了不同能量参数制备的陶瓷层的微观结构及耐蚀性。结果表明:随着频率增加,陶瓷层的腐蚀电位正移、腐蚀电流密度下降,阻抗值变大,耐蚀性变好;随占空比增大,陶瓷层的耐蚀性变差;随着氧化时间延长,陶瓷层明显变粗糙;随着膜厚增加,陶瓷层的腐蚀电位正移,腐蚀电流密度下降,阻抗值变大,陶瓷层对基体的保护作用增强。

典型介质中7A04微弧氧化膜的摩擦电化学行为

为研究7A04铝合金微弧氧化膜在典型介质中的耐磨性与耐腐蚀性,制作了处理时间为1、1.5、2h的7A04微弧氧化膜.利用SiC作配副,在全程变向式摩擦磨损试验机上获得了对应的摩擦系数,并采用三电极体系,在3种典型的腐蚀性介质0.3mol/L的H2SO4溶液、质量分数3.5%的NaCl溶液和质量分数3.5%的NaOH溶液中,通过摩擦电化学特性曲线,研究了不同试件在相同润滑条件下对摩擦系数和电化学参数的影响.通过比较试件的X射线衍射谱及SEM形貌分析了7A04表面层磨损的原因.结果表明,微弧氧化膜的耐磨性能、减摩性能显著优于未处理的基体材料,并随处理时间的增加而增强;膜层中α-Al2O3相含量、膜层结构及其耐腐蚀性和耐磨性都与处理时间密切相关.

微过氧化酶-11在聚赖氨酸修饰银电极上的电化学及电催化

发现利用吸附在粗糙Ag电极上的聚赖氨酸(Ply),以静电作用方式固定微过氧化酶-11(MP-11)来制备MP-11/Ply/Ag修饰电极,不但方法简单,而且制得的修饰电极对O2的还原有高的电催化活性和好的稳定性.另外还发现MP-11分子中血红素的第六配体被配位能力较强的配体,如咪唑取代时,其本身的氧化还原电位负移,对O2还原的电催化活性降低.

金电极表面聚赖氨酸固定微过氧化物酶-11的电化学研究

通过聚赖氨酸修饰将微过氧化物酶 -1 1 ( MP-1 1 )固定在金电极表面 ,制备成 MP-1 1修饰电极 .修饰在电极表面上的 MP-1 1的血红素活性中心与电极之间可进行直接的电子传递反应 ,其氧化还原式电位为-0 .3 9V.该修饰电极对氧的还原具有电催化活性 .当 MP-1 1与咪唑发生轴向配位反应时 ,其氧化还原式电位发生负移 ,此时对氧的还原不再具有电催化活性 .

电流密度对发动机轴瓦喷射电沉积镍-纳米氧化铝复合镀层的影响

[目的]研究电流密度对发动机轴瓦表面喷射电沉积Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层结构、耐磨性及耐蚀性的影响。[方法]通过表面形貌观察、X射线衍射分析、显微硬度检测、摩擦磨损试验及中性盐雾试验,对比了不同电流密度下所得Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层的性能。[结果]当电流密度为60 A/dm^(2)时,所得Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层展现出最均匀致密的表面,晶粒尺寸最细小,显微硬度最高(约735.0 HV),同时具有最佳的耐磨性和耐蚀性。[结论]喷射电沉积Ni-Al_(2)O_(3)复合镀层能够显著提升发动机轴瓦的耐磨性和耐蚀性。

现场紫外光谱及圆二色谱研究电化学还原反应诱导微过氧化物酶-11构象的转变

采用现场紫外光谱及圆二色谱电化学方法研究了微过氧化物酶 -1 1的电化学还原过程 .同时应用奇异值分解最小二乘法和双对数法对所得光谱数据进行处理 .研究发现 ,电化学还原过程诱导微过氧化物酶 -1 1的构象由无规卷曲向 α螺旋转变 ,这为进一步理解生物电子传递过程与生物分子构象转变机理提供了基础信息 .

高低电压下不同厚度微弧氧化膜抗蚀电化学响应对比研究

目的对比研究具有不同厚度的微弧氧化膜的抗蚀电化学响应。方法通过调整电压,在硅酸盐电解液体系中,于AZ91D镁合金表面制备具有不同厚度的微弧氧化膜层。利用SEM、EPMA和XRD研究膜层的微观形貌、元素及物相组成,进而采用循环伏安(CV)法、动电位极化曲线和电化学阻抗谱(EIS),对比研究该膜层的抗蚀电化学响应。结果 AZ91D镁合金经微弧氧化处理后,其抗蚀性得以显著提高,但不同厚度的膜层的抗蚀电化学响应不同。相比低电压下制备的薄膜,高电压下制备的厚膜的抗蚀物相含量高,CV曲线环面积和腐蚀电流密度均降低了约1个数量级,线性极化电阻增大了约3.7倍,且其阻抗模值更高,膜层抗蚀性更优。两膜层的腐蚀失效过程不同。厚膜的腐蚀过程主要经历了2个阶段:腐蚀介质逐渐渗入膜层和腐蚀介质渗透至膜基界面侵蚀基体。薄膜的腐蚀过程经历了3个阶段:腐蚀介质逐渐渗入膜层、腐蚀介质渗透至膜基界面侵蚀基体和膜层完全失效。结论厚膜呈现出较弱的腐蚀倾向和优异的抗蚀性能,三种电化学测试的结果都能较好地相互印证,但在揭示膜层的腐蚀过程和腐蚀机制时各自的深入程度不同。

AZ91D镁合金的微弧氧化陶瓷层电化学腐蚀行为研究

利用微弧氧化技术对AZ91D镁合金在铝酸盐和锆盐溶液中进行表面陶瓷化处理。采用IM6e型电化学工作站,对微弧氧化镁合金进行电化学稳态电流/电位极化曲线测量以及塔费尔斜率测量。通过电化学测量对微弧氧化镁合金的腐蚀行为进行分析。结果表明:镁合金经微弧氧化处理后,点蚀的发生受到限制,镁合金微弧氧化试样的腐蚀电流较原始试样降低4～6个数量级。镁合金微弧氧化试样的耐蚀等级均达到耐蚀以上的等级。