淺談鈦合金熱氫處理技術及其應用前景

所亞南 王 帥

(中鋁沈陽有色金屬加工有限公司，遼寧 沈陽 110108)

一直以來，人們大多認為氫元素在鈦合金中只能產生不良影響所以一直致力于氫脆性的研究，直到20世紀50年代，原西德著名學者Zwiecker還有Schleicher共同發(fā)現(xiàn)，在對滲氫的鈦合金鑄錠采用熱壓力加工處理時，鈦合金的熱變形性反而會比之前變高。20世紀70年代，隸屬于莫斯科的飛機制造研究所開始了氫影響鈦合金加工性能的研究，通過調查發(fā)現(xiàn)并提出了氫塑化的想法，現(xiàn)如今把這種工藝稱之為熱氫處理技術，也就是THT。目前，熱氫處理技術已經作為一種新型的加工方法來提高鈦合金的工藝性能。

一、鈦合金熱氫處理技術的基本概念

鈦合金熱氫處理技術主要就是通過氫元素在鈦及鈦合金中的可逆化作用對鈦合金成分中的微觀組織、力學性能以及熱加工藝性能中，再者采用鈦及鈦合金的一種特殊的熱處理工藝，當鈦及鈦合金中的氫元素含量達到規(guī)定標準濃度時，便可明顯改變鈦合金的組織結構。對鈦及鈦合金采用熱加工處理，之后再利用真空除氫方式退火處理從而降低氫含量，這樣一來便能夠達到標準值，在以后的服役過程中鈦合金則不會發(fā)生氫脆。在一般情況下，氫元素在鈦合金中的溶解度相對來說比較高，氫元素的結構進入，則會對鈦及鈦合金材料的組織以及性能產生相對來說比較大的影響。氫元素的溶解度最高可達1700μg/g，在α-Ti中。并且隨著溫度的下降而急劇縮小。當對氫鈦合金進行真空退火時，溶解在鈦合金中的氫元素則就會從復合材料中析出，并以氫氣的形式釋放出來。這便是氫在鈦合金中，溶解和析出的一種可逆反應。

二、鈦合金熱氫處理技術的應用

熱氫處理技術可以應用在粉末冶金中，一般是對小規(guī)模的鈦合金鈦屑等進行氫滲透技術處理。當氫元素含量達到一定程度時，或者超出了氫元素在該鈦合金中所能夠達到的最大固溶度時，便會形成大量氫化物，從而導致材料的脆性比之前大大增強，這樣一來有利于對鈦合金進一步的破碎、球磨，制備出各種程度的鈦合金粉末，最后對鈦合金粉末進行脫氫處理。同樣，采用熱氫處理技術來細化組織的方式也能應用于鈦合金粉末冶金零部件。通過該技術，來獲得綜合性能比較完善的鈦合金粉末冶金件。除了這些以外，鈦合金熱氫處理技術還可應用在醫(yī)療上比如多孔鈦合金材料的包覆。這樣一來有益骨骼關節(jié)的愈合以及肌肉組織的生長。運用熱氫處理技術不但能夠細化組織，并且能夠提高鈦合金制件的拉伸彈性，由此看來這是一種一箭雙雕的好辦法。

三、鈦合金熱氫處理技術的應用前景

從上文對鈦合金熱氫處理技術的描述，熱氫處理技術在改善鈦合金的加工工藝性能以及提高鈦合金綜合力學性能上有著廣泛的應用，不難看出，鈦合金熱氫處理技術具有著非常遠大的應用前景。尤其是對于航空航天這樣的高端技術領域，采用鈦合金半成品作為其零部件。常規(guī)的方法便不能夠不能解決它的組織粗化以及強韌性匹配過高等問題時。鈦合金熱氫處理技術便成為一種非常實用的辦法出現(xiàn)在我們的視線里。鈦合金氫熱處理技術雖然能夠在很大程度上明顯提高拉伸彈性和疲勞強度，然而在成本方面，鈦合金熱氫處理技術明顯比別的常規(guī)處理技術成本要高。而且，對于結構比較大的零部件來說，鈦合金熱氫處理技術也存在著一些問題，比如氫元素分布不均勻，技術對于設備條件要求過高等。所以，我們的當務之急是深入研究鈦氫作用，開發(fā)并且完善與鈦合金的實際應用相適合的技術，找到鈦合金熱氫處理技術的改善方法以及如何提高鈦合金熱氫加工工藝性能和力學性能的可行途徑。而且，應該把鈦合金熱氫處理技術應用到其他與之類似的金屬復合材料中，對展開熱氫處理技術研究具有重要意義的稀有復合金屬材料的加工與理論指導具有實際的生產意義。

四、結束語

熱氫處理技術對改善鈦合金組織結構、加工性能和力學性能有著無可厚非的優(yōu)點，在鈦合金產品的生產的方法上也已經相對普及。熱氫處理技術對我們生活中常用鈦合金和高溫鈦合金或者其他復合材料的開發(fā)以及利用都具有非常重要的現(xiàn)實意義。俄羅斯在對鈦合金的熱氫處理技術進行了系統(tǒng)研究的同時，發(fā)現(xiàn)了其中的規(guī)律，直到目前已經發(fā)展成為一套比較完善的技術，我們稱作氫工藝，氫工藝主要包括：熱氫處理技術、氫塑化技術、壓結氫處理技術、機械氫處理技術。這些處理技術不僅可以單獨使用，而且也可以幾個結合在一起使用。今后，對氫處理鈦合金的組織結構以及力學性能應該被進一步了解應，從而徹底清楚增強機理的效果，大力開發(fā)熱氫處理技術以及氫工藝在鈦合金中的應用。與此同時，不能松懈研究與鈦性質結構相近的金屬，應用于氫工藝的可能性，從而擴大其應用范圍。本文簡要概述了鈦合金熱氫處理技術的基本原理、工藝方法以及熱氫處理技術對鈦合金鑄件、殘鈦、加工性能以及力學性能的影響以及近年研究成果。

[1]黃東，南海，吳鶴，趙嘉琪.氫吃力技術在鈦合金中的運用[J].金屬熱處理，2004(06).

[2]張鵬省，衛(wèi)東，趙永慶.鈦及鈦合金熱處理技術[J].熱加工工藝，2009(12).

[3]袁寶國，劉大海，李春峰.置氫鈦合金的除氫研究(英文)[J].稀有金屬材料與工程，2014(09).