316L不锈钢表面溶胶-凝胶法制备TiO_2薄膜

为提高316L不锈钢的生物相容性,采用溶胶-凝胶法在316L不锈钢上制备了TiO2薄膜,研究了改性前后316L不锈钢的耐腐蚀性及血液相容性。采用X射线衍射仪(XRD)和扫描电镜(SEM)表征了退火温度对TiO2微观结构的影响;采用电化学工作站测试了涂覆TiO2薄膜前后材料在模拟体液中的耐腐蚀性能;基于接触角测试结果,研究了退火温度对TiO2薄膜亲/疏水性能的影响,计算了TiO2薄膜的表面能及薄膜材料与血液的界面张力。结果表明:400℃和500℃退火的TiO2薄膜晶化为完整的锐钛矿结构,表面结构致密,接触角分别为76.9°和80.1°,在模拟体液中的自腐蚀电流分别为4.04μA/cm2和6.33μA/cm2,与血液间的界面张力远小于316L不锈钢。锐钛矿结构的TiO2薄膜具有良好的耐腐蚀性及血液相容性。

pH敏感性微孔膜摩擦性能及PNIPAM缓释调节研究

针对水基润滑中润滑薄膜易因水分挥发而失效,本文制备了两种微孔膜即PVA-HPC-PNIPAM和PVA-HPC-PNIPAMNa_(2)B_(4)O_(7),在该膜中通过外部条件调节润滑剂PNIPAM的缓释,从而使润滑长期有效。采用傅里叶变换红外光谱(FT-IR)分析微孔膜中的官能团;采用高速往复摩擦磨损试验仪考察了两种微孔膜在不同p H值介质中的摩擦磨损性能;紫外分光光度法定量分析PNIPAM缓释量。结果表明,不同的pH值对于微孔膜的摩擦性能影响甚微,对膜的磨损量的影响较大,同时p H值可对PNIPAM的缓释进行调节,达到长时间润滑的效果。

钙盐和氢氧化钾浓度对钛合金微弧氧化膜表面形貌及成分的影响

在含15 g/L食品添加剂植酸的基本溶液中,分别加入乙酸钙、氧化钙、磷酸二氢钙、甘油磷酸钙、EDTA-Ca5种钙盐以及氢氧化钾,研究钙盐种类和氢氧化钾浓度对钛合金微弧氧化膜表面形貌及成分的影响。采用扫描电子显微镜(SEM)、X射线能谱仪(EDS)、X射线衍射仪(XRD)和傅里叶红外光谱仪(FT-IR)表征氧化膜的表面形貌、成分和结构。结果表明:钙盐能显著提高氧化膜中磷含量,且氧化钙、磷酸二氢钙和EDTA-Ca能较大程度地提高氧化膜中的钙含量;氢氧化钾浓度越高,氧化膜中的钙含量越高。钙盐和氢氧化钾均能增大氧化膜表面的微孔直径。

铝合金表面氧化层在燃烧气氛中的退化行为

目的通过对300、400、500℃热空气和燃烧气氛中5052铝合金表面氧化层退化行为的分析,研究基于火灾后金属材料表面产物分析来确定火场中是否存在助燃剂的方法。方法使用高温氧化实验装置对火场中的燃烧气氛进行模拟,用光学显微镜、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和精密分析天平对5052铝合金在300、400、500℃空气和燃烧气氛中表面氧化物的退化行为进行研究,并对氧化物层的组织结构进行分析。结果5052铝合金表面氧化物层与外界环境气氛和温度密切相关,在温度较低的热空气中表现出较好的抗氧化性能,表面生成的氧化物层完整致密;高温燃烧气氛使5052铝合金的氧化速度显著提高,表面生成的氧化物层结构疏松,并随时间的延长出现失稳氧化。结论火灾中铝合金表面氧化层的微观结构记录了火场的相关信息,这些信息不但是对传统残留物宏观形貌证据的有效补充,还可作为火场中是否有助燃剂存在的辅助证据使用。

球墨铸铁表面改性技术及其耐磨涂层研究现状

球墨铸铁表面处理常用的方法包括热喷涂、堆焊、激光熔覆及等离子束合金化等,利用这些方法可以在球墨铸铁表面制备出润湿性好、硬度高、耐磨性能优异的铁基、镍基、钴基以及陶瓷增强涂层,其耐磨作用机制可归结为第二相强化、细晶强化和固溶强化等共同作用的结果。

煤油助燃剂燃烧气氛对低碳钢表面氧化层的影响

目的为解决复杂火灾现场中助燃剂易污染、氧化、难寻找等问题,通过对低碳钢在煤油燃烧环境气氛中氧化行为的研究,得出其表面氧化层特点及与火场助燃剂之间的关系,以期为火场物证检验提供一种新的途径。方法使用模拟装置获得煤油燃烧气氛,并在不同温度下对其中的低碳钢进行氧化。采用原子力显微镜(AFM)和扫描电子显微镜(SEM)分析氧化层的形貌,用SEM自带的能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)分析氧化层的相组成,用精密分析天平研究试样的氧化动力学。结果火场中的燃油燃烧气氛促进了低碳钢氧化层的形成,并且氧化层中没有检测到FeO相。每组氧化时间下的样品表面均沉积了10%~20%的碳。近似抛物线规律的氧化动力学曲线说明氧化层在后期的氧化趋于稳定。结论在燃烧环境气氛中,反应初始阶段,通过化学吸附显著加快了氧化层的形成,在该实验温度和强氧化性气氛存在的情况下,不利于FeO的形成。煤油的不完全燃烧造成了样品表面的碳沉积,并且碳含量的多少与助燃剂的碳链长度有关,这可为火场中是否有煤油助燃剂的存在提供参考。

TiO_(2)-SiO_(2)多功能薄膜的制备及其性能研究

目的改善普通玻璃的防雾性能。方法采用溶胶-凝胶法在玻璃表面制备均匀透明的x TiO_(2)-(1-x)SiO_(2)(x为1.00、0.75、0.50、0.25、0)复合薄膜。利用X射线衍射仪(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)表征TiO_(2)-SiO2复合材料的微观结构和表面形貌,通过紫外可见近红外分光光度计、接触角测试仪测试TiO2-SiO2复合薄膜的光学性质和润湿性,通过热水浴实验评价镀膜前后玻璃的防雾性能。结果XRD测试结果表明,TiO_(2)-SiO_(2)复合材料由锐钛矿相TiO_(2)和非晶相SiO_(2)构成,其相结构随着TiO_(2)含量的变化而变化。SEM和AFM结果表明,在TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜中,当SiO_(2)的物质的量分数小于50%时,TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜表面均匀致密、粗糙度低;当SiO2的物质的量分数大于75%时,复合薄膜表面出现了孔洞和大颗粒,粗糙度增大。光学性质测试结果表明,在TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜中,当SiO_(2)的物质的量分数大于50%时,镀膜后的玻璃在可见光范围内的平均透过率高于85%。润湿性测试结果表明,镀膜后玻璃表面的亲水性明显增强,当SiO2的物质的量分数小于50%时,TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜的接触角低于5°,表现为超亲水。防雾性能测试结果表明,在玻璃表面制备TiO_(2)-SiO_(2)复合薄膜后,玻璃具有良好的防雾性能。评价了0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的耐久性,在室内放置60 d后,0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜的平均透过率在84%以上,且具有防雾性能,表明其耐久性较好。结论在玻璃表面制备的0.50TiO2-0.50SiO2复合薄膜在可见光范围内具有高透明度和良好的防雾性能,且该薄膜的耐久性较好。

氮化物涂层的可控制备、结构特点及其性能研究进展

氮化物涂层具有高硬度、高热稳定性、较高抗氧化能力、优异的抗腐蚀性能和耐磨损能力,被广泛用作刀具表面的耐磨涂层。氮化物涂层优异的综合性能取决于其化学组成和微观结构特征,因此制备技术和工艺参数的选择对氮化物涂层力学性能、抗氧化性能、耐腐蚀性能和摩擦学性能的优化尤为关键。着重介绍了高性能氮化物涂层的设计思路,并综述了氮化物涂层不同制备技术的特点以及涂层的物化性能研究进展,最后对该领域今后的发展方向进行了总结和展望。

小球藻藻渣生物炭对孔雀石绿的吸附研究

本文采用热解法制备小球藻藻渣生物炭,研究在控制氮气流速处理下的藻渣生物炭对孔雀石绿的吸附效果及机理。结果表明,小球藻藻渣生物炭对孔雀石绿的吸附随氮气流速的增加而增加,在氮气流速达到100 mL·min-1时吸附量达到最大值1505.6503 mg·g-1,比表面积达到1189.350 m2·g-1。吸附动力学实验中,小球藻藻渣生物炭对孔雀石绿的吸附更符合伪二阶模型,表明,吸附过程主要为物理吸附和化学吸附共同作用。因此以小球藻藻渣为原料制备的生物炭对于孔雀石绿具有较高吸附性能,有望成为去除水溶液中有机染料的一种有效的吸附剂。

织构化对等离子束沉积钴基耐磨合金涂层组织及性能的影响

为了抑制等离子束合金修复涂层的开裂倾向,在球墨铸铁板上制备了织构化钴基耐磨合金涂层,并分析了织构化对等离子束沉积钴基耐磨合金涂层组织及高温摩擦磨损性能的影响。结果表明:钴基耐磨合金涂层的组织为典型的亚共晶白口铸铁组织;钴元素含量为16.41 mass%的合金涂层经4次640℃回火保温1 h处理后,硬度保持在550~600 HV0.2,表明其具有较高的热稳定性,适宜作热轧辊表面修复涂层材料;点状织构化处理能够有效地抑制合金涂层的开裂倾向,涂层的表面及截面均未观察到裂纹存在,在700℃进行1 h的高温摩擦磨损后,平均摩擦系数较低,为0.27,磨损机理为粘着磨损与氧化磨损。

不同模具组合对0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量的影响

采用有限元法研究了不同模具组合下0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲应力应变分布、壁厚变化和截面畸变规律。研究结果表明：在弯曲模、夹块和压块组成的基本模块的基础上,添加防皱块会导致等效应力、切向拉应力和切向拉应变增加,而切向压应力、等效应变和切向压应变减小;添加芯棒会导致切向应力和等效应变减小,而等效应力和切向应变增大;同时添加防皱块和芯棒则会导致等效应力、切向应力和切向应变增大,而等效应变减小。添加防皱块会导致弯管截面畸变率增大,但对壁厚变化率影响不大;添加芯棒能够有效抑制弯管截面畸变,且壁厚减薄率仅为9.0%-9.15%,远小于15%的航空标准。综合考虑0Cr21Ni6Mn9N不锈钢管数控弯曲成形质量和生产成本,可确定出最优的模具组合为弯曲模＋压块＋夹块＋芯棒。

CrTiAlN涂层在800℃和900℃时对H13钢氧化性能的影响

为了提高H13钢的抗高温氧化能力,在H13钢表面沉积了一层CrTiAlN薄膜。采用XRD和SEM分析了H13钢氧化前后的相组成及其表、截面形貌。结果表明:涂层为柱状晶结构,主要有三部分组成:里层为Cr结合层,中间为CrN过渡层,外层是CrTiAlN梯度涂层。H13钢在氧化时,在其表面发生了Cr的选择性氧化,但是Cr含量低,未能形成连续的防护层,最终导致基体元素不断地氧化,生成了大量的α-Fe2O3颗粒。CrTiAlN涂层在800℃时具有良好的抗高温氧化性能,涂层氧化时主要是O向里扩散占优势,没有出现裂纹和剥落,而且观察到了"钉扎效应"。900℃时,涂层失效。

硼酚醛树脂的热降解过程

采用热重分析法和热重-质谱联用技术考察了氨酚醛树脂和硼改性酚醛树脂的热降解过程,利用红外光谱和固体核磁共振技术研究了热降解过程中两种树脂结构的变化规律,以期为合成成炭率高、热稳定性好的硼改性酚醛树脂提供依据。结果表明,在酚醛树脂中引入硼酸后改变了其分子结构,生成了键能较高的硼酯键,提高了酚醛树脂的成炭率和热稳定性,700℃硼酸改性酚醛树脂的成炭率为76.2%,高于未改性氨酚醛树脂的成炭率66.9%。

浸渍式提拉法制备TiO_2薄膜的微观结构和润湿性

目的研究工艺参数与TiO_2薄膜的微观结构、光学性质及润湿性的关系。方法以钛酸四丁酯为原料,乙醇为溶剂,采用溶胶-凝胶浸渍式提拉法,改变工艺参数(提拉次数、提拉速度),在玻璃衬底上制备了TiO_2薄膜,并通过光学表面形貌仪、紫外可见分光光度计及接触角测试仪分析了不同参数下制备的TiO_2薄膜的微观结构、光学性质和润湿性。结果提拉次数和提拉速度都会影响薄膜的微观结构,提拉2次,提拉速度在3~7 cm/min之间制备的TiO_2薄膜表面平整、致密。在提拉方向上,存在厚度梯度,厚度梯度为1 nm/μm。透射光谱显示TiO_2薄膜在可见光区透明,吸收边与提拉工艺有关,提拉速度为7 cm/min,提拉2次制备的TiO_2薄膜,禁带宽度为3.57 e V,此时,接触角为14.8°。结论提拉速度、提拉次数影响TiO_2薄膜的微观结构、光学性质和润湿性。通过提拉工艺参数的调整,可以制备均匀致密、具有亲水性的半导体TiO_2薄膜。

热处理对超音速火焰喷涂FeAl-Al涂层组织结构的影响

目的通过超音速火焰喷涂(High Velocity Oxygen Fuel,HVOF)的粉末喂料设计,获取结构致密的铁铝金属间化合物涂层,并详细考察热处理对所制备涂层组织结构的影响。方法在铁铝合金粉末喂料中添加质量分数为5%的铝粉,改善喷涂效果,在316L不锈钢表面制备致密的FeAl-Al涂层,并进行真空热处理。采用X射线衍射仪(XRD)、场发射扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)及维氏显微硬度计,详细分析了涂层在不同热处理温度下的微观组织、成分、结构与显微硬度的变化。结果喷涂态FeAl-Al涂层厚度约为150μm,物相为Fe2Al5,未检测到单质Al。随着热处理温度升高,Fe2Al5相的衍射峰逐渐增强。500℃热处理后,喷涂态涂层中扁平粒子间存在的细微孔隙大量消失,涂层致密性明显提高。但是800℃热处理后,涂层中产生了与界面平行的裂纹。喷涂态FeAl-Al涂层的硬度为465.06HV0.1,500℃热处理2 h后增加至472.06HV0.1,继续提高热处理温度,涂层的显微硬度则明显下降。结论在粉末喂料中引入质量分数为5%的Al粉,可明显改善超音速火焰喷涂效果,获得结构致密、与基体结合牢固的FeAl-Al涂层。合适的热处理能进一步消除喷涂缺陷,使涂层显微硬度增加,微观结构更加致密。

MCrAlY涂层对一种定向凝固高温合金力学性能的影响

目前就MCr Al Y涂层对定向凝固高温合金力学性能的影响研究不多。采用多弧离子镀技术在一种定向凝固高温合金基体上制备出厚度约为40,60μm的MCr Al Y涂层,通过断口形貌观察、拉伸试验和持久试验考察了涂层厚度对合金在室温,700,900℃下拉伸性能及高温持久性能的影响。结果表明:合金屈服强度σ0.2随涂层厚度的增加而降低;涂层厚度对室温、700℃时的抗拉强度σb影响较小,对900℃时的抗拉强度σb影响较大;涂层厚度为40μm时延伸率δ和断面收缩率ψ随温度升高而增加,涂层厚度增加到60μm时,延伸率δ和断面收缩率ψ均明显降低;合金760℃/725 MPa和980℃/235 MPa高温持久寿命均随涂层厚度的增加而略有增加。

溶胶-凝胶法制备ZrO_2薄膜及其耐腐蚀性与血液相容性研究

采用溶胶-凝胶法在316L不锈钢基底上制备氧化锆(ZrO2)薄膜,薄膜采用分级干燥工艺,经500℃退火制备得到。X射线衍射(XRD)分析了干凝胶粉末的物相结构;扫描电镜(SEM)观察了提拉速度对薄膜表面显微结构的影响;在PBS模拟体液中测试了动电位极化曲线,并对比了试样的耐腐蚀性能;基于接触角测试结果,探讨了薄膜亲/疏水性能,计算了薄膜的表面能及其与血液组分的界面张力。结果表明,500℃退火的ZrO2晶化为四方相结构,以7cm/min提拉速度能制备得到均匀致密的ZrO2纳米薄膜,且具有良好的耐腐蚀性与血液相容性。

溅射法制备TiO_2薄膜的耐腐蚀性

采用溅射法在石英和316L不锈钢衬底上制备TiO2薄膜。采用X射线衍射仪(XRD)、扫描电镜(SEM)、原子力显微镜(AFM)观察薄膜的微观结构和表面形貌。结果表明:沉积后的TiO2薄膜表面均匀、致密,为锐钛矿结构。600℃退火后,薄膜中有金红石相生成。基于透射谱,计算得到的薄膜光学带隙在3.2eV左右。在PBS模拟体液中,测试材料的动电位极化曲线。结果显示,沉积TiO2薄膜后,材料的耐腐蚀性得到改善。退火后,TiO2薄膜的自腐蚀电位正向移动94mV,自腐蚀电流最小,为4.828μA·cm-2。

316L不锈钢在模拟体液中的腐蚀行为

目的研究316L不锈钢生物医用材料植入体内初期的表面行为。方法在模拟体液中,采用浸泡实验,表征了316L不锈钢浸泡不同时间的表面形貌、润湿性及耐腐蚀性。结果白光干涉测试结果表明,样品表面粗糙度随浸泡时间的延长而变大。浸泡1 d后,在样品表面出现大量无规则的腐蚀坑,腐蚀坑内出现金属的溶蚀。润湿性测试结果显示,随浸泡时间的延长,316L不锈钢的接触角减小,亲水性增强,表面能增加。电化学测试表明,浸泡1周后,316L不锈钢的自腐蚀电流为浸泡前的3倍多,腐蚀速度增大,耐腐蚀性变差。结论在模拟体液中,316L不锈钢表面存在局部腐蚀,材料的表面形貌、成分、润湿性及耐腐蚀性均发生改变。

振幅对消失模铸造灰铸铁组织及力学性能的影响

采用振动消失模铸造制备了Y形HT100灰铸铁,研究振幅对消失模铸造灰铸铁组织及性能的影响。结果表明:随着振幅增大,灰铸铁中短而薄的A型片状石墨增多,奥氏体组织由柱状晶向胞状晶转变;当振幅为2 mm时,珠光体中的片状渗碳体发生粗化、片间距变大,即珠光体中的碳化物由片状向粒状转变;灰铸铁的硬度、抗拉强度和伸长率均随振幅增大先增大后减小;当振幅为3 mm时,灰铸铁硬度最大,而在振幅为2 mm时,灰铸铁的抗拉强度和伸长率最高,其最高数值分别为160 HBW、147. 51 MPa和1. 17%;灰铸铁性能的改变主要由灰铸铁中奥氏体形态、分布,以及A型片状石墨所决定。