钛金属表面改性与PVD防护涂层研究.pdf

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1、中国科学院海洋新材料与应用技术重点实验室钛金属表面改性与PVD防护涂层研究李金龙，牛瑞丽，姚懿容，王越，王立平，薛群基2015年12月6日报告提纲1研究背景2钛合金表面改性技术研究3钛合金表面涂层防护技术研究4致谢2/216研究背景钛及其合金具有高比强度，优异的耐腐蚀和生物相容性航空航天领域的应用医疗器械和体育器材等领域钛合金被称为“海洋金属”广泛应用于舰船、深潜器、海洋勘探和海水淡化装置关键零部件的制造！如深潜器的壳体，浮力调节系统，螺旋桨推进器，挠性联轴器膜盘关键传动部件，高压气瓶和水下作业机器手多用钛金属制备;海洋勘探装置中的钻井立管，锥形应

2、力接头，钻具提升装置！液压传动系统及泵阀系统也多采用钛金属。我国已颁发用于深海环境的“法兰钛金属截止阀”国家标准GB/T3992-2008。研究背景钛及其合金在应用中存在如下不足及表面功能化需求耐磨性能差，海水环境中腐蚀与摩擦交互作用，进一步恶化耐磨性能；海水环境中存在异金属的电偶腐蚀；海水环境中生物污损严重。涂层，氮化层与钢铁材料的力学性能对比！氮化层表面改性技术1钛表面氧离子注入2钛表面氦离子注入3钛表面阳极氧化4钛表面气体渗氮和离子渗氮2/216钛合金表面改性技术钛表面离子注氧表面改性0.327nmRutile（110）10kV20kV3

3、0kV40kV50kV100nm5nm6015a)b)theoreticalvalue3.6%theoreticalvalue10.2%50untreatedsampleuntreatedsample-30kV10-30kV40-50kV-50kV30520100AtomicConcentration(%)AtomicConcentration(%)0-10-5金红石晶格中存在大量位错020406080100120140160020406080100120140Sputeringtime(min)Sputteringtime(min)TiO2，Al2O3Ti

4、O2，Ti2O3，TiO，Ti，Al2O3，VOTi6Al4V基体1JinlongLi,MingrenSun,XinxinMaAppliedSurfaceScience,252(2006):7503-75082JinlongLi,MingrenSun,XinxinMa，GuangzeTang..Wear,261(2006):1247-12523JinlongLi,XinxinMa,MingrenSun.J.Cent.South.Univ.Technol.2007,S2:0031-06钛合金表面改性技术钛表面离子注氦表面改性Depth(nm)02011622

5、33535056768641070129215300.60250kV,9E17He/cm22d)50kV,9E17He/cm;50kV,6E17O/cm0.56250kV,9E17He/cm600℃真空退火0.52Sparameteer0.480.44051015202525nPositronenergy(keV)m8070N1at.%N2at.%60N3at.%N2at.%+cavity504030Removalrate(%)201000102030405060Time(min)1XinxinMa,JinlongLi,MingrenSun.AppliedS

6、urfaceScience,254(2008):6837-6841(SCI)2JinlongLi,MingrenSun,XinxinMa,LiXiaomin,SongZhenlun.ThinSolidFilms,519(2010):101-105(SCI)钛表面阳极氧化二氧化钛应用领域广阔新型太阳能电池涂料光亮剂催化剂传感器遮光剂干燥剂自清洁太阳能电池化妆品食品药品光存储TiO纳米管2PrashantV.kamat,J.Phys.Chem.C2012,116,11849光催化日本研究人员称，他们制造出氧化钛的一种新的结晶形式，可以用于制造“超级”蓝光光盘，

7、这种光盘不仅价格更加低廉，而且其数据存储能力是DVD的几千倍。日本东京大学的化学教授真一高度有序、管壁光滑的长纳米管香里团队在《自然·化学》网站发表文章指出它有潜力成为下一代光存储设备的主要组成物质。通过杂化实现可见光响应6二氧化钛纳米管制备直流电源纳米管形成机理阳极反应：Ti+2HO-4e=TiO+4H+22石墨电极阴极反应：4H++4e=2H2阳极钛箔化学刻蚀反应：TiO+6F-+4H+=TiF2-+2HO262电解液：乙二醚+氟化铵+水；两步阳极氧化制备纳米管其他前处理：超声波酸洗+丙酮清洗风干剥离纳米管二次氧化处理丙酮超声波清洗6201

8、2-5-2120:46:05TC4表面纳米管的结构和