鈦合金的表面處理及故障分析

王萱 劉宏偉 李超 佟南 張保山

1.寶雞鈦業有限公司 陜西寶雞 721014

2.空軍工程大學 陜西西安 710051

近年來，我國科學技術和現代國防工業的不斷發展，使得人們對金屬材料的需求也隨之而增高，這就需要有關人員不斷研究和使用到具有高性能的合金及復合材料[1]。鈦及鈦合金具有了許多的優勢，已被廣泛應用到我國的航天、汽車等國防工業中，具有了廣闊的發展前景。

1 鈦及鈦合金表面氧化處理

1.1 化學氧化法

化學和物理空氣氧化法的各種操作相對簡單，但由此產生的氧化過程膜薄且腐蝕性差抵抗。應該被利用分開。那個物理氧化反應物膜具有較好的附著力，可用作其底層或過渡層油漆，它能有效提高鈦及碳合金材料的耐久性和裝飾性。

1.2 電化學氧化法

電極材料氧化膜比物理化學氧化膜厚，具有良好的耐腐蝕性，用途極為廣泛，可以提高材料高溫加熱加工的潤滑性，附著力和耐久性，主要用于極耐磨性，減少身體表面的摩擦和光反射。鈦和鈦合金電物理鈍化膜的特點和實際用途如下：①提高金屬材料表層的耐磨性和耐腐蝕性，并經常用作耐磨性和耐蝕性的合金夾具；②提高薄膜與基材之間的粘結強度比，可作為電鍍的底層；③鈦的電化學原理。氧化層具有良好的導電性，可以用作電阻器的介電膜；④通過在陽極金屬氧化溶液中添加各種花哨的線鉤劑作為裝飾層，可以獲得相同的顏色；⑤對于基本功能膜層，例如，用于存儲元件的多孔膜，太陽能全吸收板和全吸收膜，干式降低摩擦系數和催化劑膜等，沉積磁性合金。

1.3 微弧氧化法

微弧氧化是近年來發展起來的一個新技術。它采用電極材料法在其背面產生微小的火花電流斑點材料。微弧氧化技術具有以下顯著特點：①膜層厚度大，孔隙率低，耐腐蝕性強；②控制薄膜的總厚度，以提高微弧空氣氧化的可操作性；③薄膜可以從賤金屬中生長出來，并與金屬間化合物有機結合，具有高強度和良好的強度；④漆膜硬度高，耐磨性好，耐高溫；⑤效率高，質量高，操作工藝簡單，環境污染少，性價比高，適合自動化生產。微弧空氣氧化的各種技術使微電離氣體氧化反應膜不僅具有陶瓷膜的優異性能，而且保持了陰極氧化處理膜與金屬基材的良好結合，突破了各種技術在理論和應用方法上的局限性，已成為國際材料外表面工程是其核心技術領域的科研市場熱點。

2 鈦及鈦合金表面化學沉積及電沉積

鈦是一種熱穩定性相對較高的金屬，將其放置在空氣或氣流等含氧量較高的介質中時，會在鈦表面迅速形成新的氧化膜，但是很難做到這一點。氧化膜層進入鈦的背面。特別是當它用于鉻電鍍，物理鍍和能量轉換鍍層時，僅鍍層與基體之間的附著力很差，并且很難獲得鍍層合格的產品。薄膜與基體的相互結合是鈦及鈦合金表面后續電催化處理的難點之一材料。英寸為了在鈦及鈦合金材料上獲得合格的產品表面膜，預鍍是非常重要的臺階。那個預直接處理的關鍵是激活薄膜編隊。如果選擇了幾種合適的前、后處理方法，不僅可以簡化工藝，同時也保證了鍍層與基體的緊密結合改進了。它在工業生產中，純鈦的外表面直接處理相對容易，而對于含硅純金的鈦合金來說更為困難。

2.1 “活性膜”處理

鈦和鈦合金表面變得粗糙和腐蝕，然后首先加工最重要的鈍化膜。就鈦和鈦合金而言，再活化和細胞活性膜工藝對于確保鈦表面的質量最重要它的功能是去除鈦合金的主體表面，同時，氧化膜被細胞活性膜（稱為酶活性膜）代替，該細胞活性膜與基材結合得很好，并促進了鍍層的鍍覆。鈦基體，不會被空氣再氧化，活性材料膜在基體和涂層上具有獨特而良好的性能，經過細胞活性膜處理的鋁合金背面可以直接積累物理，化學或電的積累。

2.2 “活性膜”的作用

鈦是一種非常活潑可愛的金屬，其外部和電子結構是3d結構，很容易在外層失去4個電子，但是鈦會在干燥的空氣或水中迅速氧化，并逐漸形成致密的氧化工藝膜（頂部遠離膜），這是難以在鈦上獲得良好的涂層緊密結合的主要原因。重要的是，在活性膜的理想工藝中，需要使用活性材料膜的科學研究表明，實際上在Ti和H之間形成Ti的物理和化學鍵具有正負離子鍵的主要成分，并且電子云為更明顯地偏向H，使其帶負電，因此Ti的外部電子云密度降低，也就是說，鈦的響應度降低，因此它不會迅速氧化，并且系統會形成致密的結構化的被動膜。THi2薄膜層是合金化的，它的外部自由度像電子一樣被局域化.THi2中鈦的3d軌道加速并重疊以產生能帶，因為能量產生相似，所以可以逐漸形成各種金屬鍵具有賤金屬材料Ti的3d能量。活性膜層利用其合金鍵將鍍層和基底結合在一起，從而使鍍層具有良好的附著力[2]。

3 鈦及鈦合金表面轉化膜

各種直接在金屬材料表面上進行涂層轉化然后再進行處理的技術對于表面層壓是必不可少的和必不可少的，并且已被更廣泛地使用。通常對轉化膜的明確要求是：①后續處理和表面層的制造工藝相對簡單，易于保證，效率高；②后處理液中無有害物質，有利于環境保護；③涂膜層與基體合金和涂層工藝之間具有良好的相互結合強度比，長期以來，用于各種金屬表面的轉化膜是鉻化合物膜和磷酸磷酸酯膜的轉化。近年來，環保的核心技術研究與開發土材料轉化膜和異丁烯直接轉化膜已引起更多關注，并且得到進一步開發。硅烷是一種有機硅產品硅烷改性劑在金屬材料表面處理中的應用是一個新的課題技術。It有許多優質品種，整體結構非常復雜，用量少，效果顯著效果。

4 結語

由上可知，當前我國工業和國防現代化的快速發展，鈦和鈦合金的應用范圍也在日益變得廣泛，對其的表面進行強化處理的要求也變得愈加迫切，其表面處理技術的不斷完善，使得新技術和新工藝的不斷出現，從而有效拓展了鈦及鈦合金的應用范圍。