tc4表面阴极等离子电解沉积氧化铝基复合涂层及性能材料学专业论文.docxVIP

硕士学位论文 硕士学位论文 TC4表面液相阴极等离子电解沉积氧化铝基复合涂层及性能 摘 要 本文以TC4为研究对象，用液相等离子电解沉积的方法在基体表面沉积氧 化铝陶瓷相的基础上，在脉冲电源条件下利制备了趾203／MoS2和A1203／HA复合 涂层，以期改善TC4的摩擦学、生物相容性等性能。系统研究了表面复合涂层 的制备工艺，用扫描电镜(SEM)对试样的表面和截面形貌进行了观察，用能谱 仪(EDS)和X射线衍射仪对试样的元素组成和相组成进行了分析。通过往复 摩擦初步研究了A1203／MoS2涂层试样表面的摩擦性能，运用电化学工作站分析 其电化学腐蚀行为。在探究A1203／HA电化学腐蚀行为的基础上，运用体外浸泡 试验评价涂层的生物活性。结果表明： 阴极等离子电解沉积涂层的基本形貌是粗糙多孔，氧化铝基体基本是由 a．A1203和)-A1203组成。涂层表层孔洞直径随着硝酸铝乙醇溶液的摩尔浓度、脉 冲占空比、脉冲电压、沉积时间的增大而增大，涂层表面会愈粗糙，其中脉冲电 压的影响最大。此外脉冲电压值将显著影响涂层中a．A1203所占比例，0【．A1203 比例随着电压的增大而增加。涂层的厚度将随着硝酸铝乙醇溶液的摩尔浓度、沉 积时间的增大而增大，其中硝酸铝乙醇溶液的摩尔浓度对涂层厚度影响较大。 MoS2颗粒添加量为209／L的电解液中，样品经300V脉冲电压沉积1h后， 获得的A1203／MoS2涂层厚度约为1009m。涂层由硬质相Q．A1203、韧性相7-A1203 以及MoS2构成，具有一定的强度及韧性，且与基体结合紧密。该涂层的摩擦系 数降低了1／3，减缓了基体磨损速率；腐蚀电位显著提高，有效减缓了基体的腐 蚀速率。 灿203／HA复合涂层一步制备中，通过酸铝乙醇溶液添加HA颗粒形式及 Ca(N03)2-Na3P04混合溶液方式等离子沉积，均获得微观表面多孔，由0【．A1203 和，、／-A1203和类似Cal0(P04)6(OH)2组成的复合涂层。颗粒添加所获复合涂层孔洞 直径约20 lun-40岬，沉积电压的升高将造成孔洞直径增大，经EDS检测涂层中 钙磷元素含量降低，表明不稳定放电环境不利于颗粒沉积。极化曲线显示涂层的 腐蚀电位较基体升高，表明在模拟体液中试样的耐蚀性增强。体外浸泡实验表明 复合涂层有助于加速生物矿化沉积。化合沉积所得复合涂层含有少量的类的 Cal00a04)6(OH)2，但涂覆效果较差，EDS检测试样表面有很高的Ti元素含量。 同时在酒精溶液中添加水溶液导致放电剧烈，基体较容易产生烧蚀。 关键词：TC4钛合金，等离子电沉积，摩擦性能，生物相容性，耐蚀性能 万方数据 AbstractSurface Abstract Surface engineering techniques are widely used to improve the surface wear resistance and biocompatibility of TC4．In this dissertation，A1203／MoS2 composite coating that aimed at improving the weal7 resistance and corrosion resistance of TC4 substrate and A1203／I-IA composite coating that aimed at improving the corrosion resistance and bioeompatibility of TC4 were produced by cathodic plasma electrolytic deposition process(CPED)．The surface structure and their corresponding elemental composition of the coating were obtained by SEM，which was equipped with EDS． Coating phases were analyzed via XRD．111e fiiction property and corrosion behavior were detected by specific machines．nle degradation behavior of the coated samples were characterized by electrochemical tests in the simulated body fluid(SBF)． The marked feature of coating preparative via catho