摘要
钛及钛合金经过特定的阳极氧化工艺，可得到彩色的氧化膜，能提高耐蚀性和装饰性能。在生物医学材料领域，钛及钛合金经阳极氧化后，表面具有更高的生物活性和生物相容性，可作为生物种植体材料。 本文用阳极氧化法分别在NaOH电解液、H3PO3电解液、Na2SiO3盐溶液中对Ti6A14V(TC4)钛合金进行不同工艺参数下的氧化着色。通过金相显微镜、SEM、XRD、XPS、AFM和3nh色差仪等测试方法分析氧化膜层显微组织、形貌特征、物相成分、膜层厚度与颜色变化。由此来探讨TC4钛合金阳极氧化着色膜显色规律，分析其显色机理。通过电化学工作站测试氧化着色膜的耐腐蚀性；利用紫外线老化灯箱模拟紫外线环境，分析彩色膜层的耐紫外线特性。膜层紫外吸收光谱实验，检测钛合金氧化膜对光色的吸收特性。 主要得到以下结论：1、膜层颜色(L*、a*、b*)值随电压具有周期变化规律。在起弧电压Vb之前的阳极氧化阶段，氧化着色膜是由致密均匀非晶态的钛氧化物组成，膜生长方式是随电压均匀层状生长，三种电解液中的试样颜色宏观显色规律一致；2、氧化膜显色原理主要是薄膜干涉原理，具体是干涉加强光与干涉减弱光的互补色光的共同作用。通过钛合金氧化膜干涉光程差修正公式，推导出薄膜厚度的理论计算公式。AFM测试结果与理论计算得出的膜厚基本一致。在Na2SiO3盐溶液中的膜层生长速率为1nm/V-1.7nm/V。3、氧化工艺参数和电解液对颜色的影响本质是影响膜的生长速率和膜厚，从而导致膜的颜色不一。膜层耐蚀性与薄膜厚度和均匀度有关，氧化电压越高，膜层越厚，耐蚀性也越好；4、钛合金氧化着色膜有较好的耐紫外线特性和耐候性，在蒸汽高压环境中，膜层表面形成TiO2·H2O，颜色稍有改变。紫外吸收光谱显示薄膜对可见光无吸收，电压低于40V的氧化膜对紫外光有吸收。
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