阳极氧化电压对钛合金TC4阳极氧化TiO₂膜层表面的影响

严继康^1,2，杨钢¹，唐婉霞^1,2，吴云峰¹，方树铭¹，施哲³

1. 昆明冶金研究院2. 昆明理工大学材料科学与工程学院3. 昆明理工大学冶金与能源工程学院

摘 要：在草酸盐、硅酸盐和磷酸盐电解液体系中,在钛合金Ti-6Al-4V（TC4）表面制备阳极氧化TiO₂膜层,研究了TiO₂膜层的表面显微结构、化学组成和生物活性。在室温用恒压阳极氧化法制备TC4表面阳极氧化TiO₂膜,以TC4为阳极,不锈钢为阴极,电解液组成为:20 g/L的Na₂C₂O₄、10 g/L的Na₂SiO₃·9H₂O、9.25 g/L的NaH₂PO₄和2 g/L的NaOH,阳极氧化电压为10-120 V,氧化时间50 min,电源频率200 Hz。用XRD、AFM、SEM及XPS等手段分别测量了膜层的物相、三维形貌、氧化膜层表面的显微结构及化学组成。结果表明:氧化电压对TiO₂膜层的物相组成基本没有影响,氧化膜层呈非晶态TiO₂。当氧化电压为30 V时,TiO₂膜层表面由孔径1.3μm左右的孔和凸起颗粒组成的粗糙结构,随着氧化电压增加表面凸起颗粒逐渐减少,粗糙度降低,当氧化电压为100 V时场致溶解的作用使TiO₂膜层表面凸起颗粒不明显,TiO₂膜层表面的粗糙度低于TC4基体,表面孔径为240 nm。TC4阳极氧化TiO₂膜层表面的微纳米结构和大量的羟基—OH,有利于提高TiO₂膜层的生物活性和骨生长特性。

关键词：无机非金属材料;TC4钛合金;阳极氧化;表面处理;Ti O2膜层;