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(yè)有限公司 陜西寶雞 721014

2.空軍工程大學(xué) 陜西西安 710051

近年來(lái)，我國(guó)科學(xué)技術(shù)和現(xiàn)代國(guó)防工業(yè)的不斷發(fā)展，使得人們對(duì)金屬材料的需求也隨之而增高，這就需要有關(guān)人員不斷研究和使用到具有高性能的合金及復(fù)合材料[1]。鈦及鈦合金具有了許多的優(yōu)勢(shì)，已被廣泛應(yīng)用到我國(guó)的航天、汽車等國(guó)防工業(yè)中，具有了廣闊的發(fā)展前景。

1 鈦及鈦合金表面氧化處理

1.1 化學(xué)氧化法

化學(xué)和物理空氣氧化法的各種操作相對(duì)簡(jiǎn)單，但由此產(chǎn)生的氧化過(guò)程膜薄且腐蝕性差抵抗。應(yīng)該被利用分開。那個(gè)物理氧化反應(yīng)物膜具有較好的附著力，可用作其底層或過(guò)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(xué)氧化法

電極材料氧化膜比物理化學(xué)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(rùn)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(diǎn)和實(shí)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(jīng)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(jié)強(qiáng)度比，可作為電鍍的底層；③鈦的電化學(xué)原理。氧化層具有良好的導(dǎo)電性，可以用作電阻器的介電膜；④通過(guò)在陽(yáng)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(duì)于基本功能膜層，例如，用于存儲(chǔ)元件的多孔膜，太陽(yáng)能全吸收板和全吸收膜，干式降低摩擦系數(shù)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(lái)發(fā)展起來(lái)的一個(gè)新技術(shù)。它采用電極材料法在其背面產(chǎn)生微小的火花電流斑點(diǎn)材料。微弧氧化技術(shù)具有以下顯著特點(diǎn)：①膜層厚度大，孔隙率低，耐腐蝕性強(qiáng)；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(zhǎng)出來(lái)，并與金屬間化合物有機(jī)結(jié)合，具有高強(qiáng)度和良好的強(qiáng)度；④漆膜硬度高，耐磨性好，耐高溫；⑤效率高，質(zhì)量高，操作工藝簡(jiǎn)單，環(huán)境污染少，性價(jià)比高，適合自動(dòng)化生產(chǎn)。微弧空氣氧化的各種技術(shù)使微電離氣體氧化反應(yīng)膜不僅具有陶瓷膜的優(yōu)異性能，而且保持了陰極氧化處理膜與金屬基材的良好結(jié)合，突破了各種技術(shù)在理論和應(yīng)用方法上的局限性，已成為國(guó)際材料外表面工程是其核心技術(shù)領(lǐng)域的科研市場(chǎng)熱點(diǎn)。

2 鈦及鈦合金表面化學(xué)沉積及電沉積

鈦是一種熱穩(wěn)定性相對(duì)較高的金屬，將其放置在空氣或氣流等含氧量較高的介質(zhì)中時(shí)，會(huì)在鈦表面迅速形成新的氧化膜，但是很難做到這一點(diǎn)。氧化膜層進(jìn)入鈦的背面。特別是當(dāng)它用于鉻電鍍，物理鍍和能量轉(zhuǎn)換鍍層時(shí)，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(chǎn)品。薄膜與基體的相互結(jié)合是鈦及鈦合金表面后續(xù)電催化處理的難點(diǎn)之一材料。英寸為了在鈦及鈦合金材料上獲得合格的產(chǎn)品表面膜，預(yù)鍍是非常重要的臺(tái)階。那個(gè)預(yù)直接處理的關(guān)鍵是激活薄膜編隊(duì)。如果選擇了幾種合適的前、后處理方法，不僅可以簡(jiǎn)化工藝，同時(shí)也保證了鍍層與基體的緊密結(jié)合改進(jìn)了。它在工業(yè)生產(chǎn)中，純鈦的外表面直接處理相對(duì)容易，而對(duì)于含硅純金的鈦合金來(lái)說(shuō)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(xì)胞活性膜工藝對(duì)于確保鈦表面的質(zhì)量最重要它的功能是去除鈦合金的主體表面，同時(shí)，氧化膜被細(xì)胞活性膜（稱為酶活性膜）代替，該細(xì)胞活性膜與基材結(jié)合得很好，并促進(jìn)了鍍層的鍍覆。鈦基體，不會(huì)被空氣再氧化，活性材料膜在基體和涂層上具有獨(dú)特而良好的性能，經(jīng)過(guò)細(xì)胞活性膜處理的鋁合金背面可以直接積累物理，化學(xué)或電的積累。

2.2 “活性膜”的作用

鈦是一種非?；顫娍蓯?ài)的金屬，其外部和電子結(jié)構(gòu)是3d結(jié)構(gòu)，很容易在外層失去4個(gè)電子，但是鈦會(huì)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(yuǎn)離膜），這是難以在鈦上獲得良好的涂層緊密結(jié)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(xué)研究表明，實(shí)際上在Ti和H之間形成Ti的物理和化學(xué)鍵具有正負(fù)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(fù)電，因此Ti的外部電子云密度降低，也就是說(shuō)，鈦的響應(yīng)度降低，因此它不會(huì)迅速氧化，并且系統(tǒng)會(huì)形成致密的結(jié)構(gòu)化的被動(dòng)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(chǎn)生能帶，因?yàn)槟芰慨a(chǎn)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?；钚阅永闷浜辖疰I將鍍層和基底結(jié)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(zhuǎn)化膜

各種直接在金屬材料表面上進(jìn)行涂層轉(zhuǎn)化然后再進(jìn)行處理的技術(shù)對(duì)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(duì)轉(zhuǎn)化膜的明確要求是：①后續(xù)處理和表面層的制造工藝相對(duì)簡(jiǎn)單，易于保證，效率高；②后處理液中無(wú)有害物質(zhì)，有利于環(huán)境保護(hù)；③涂膜層與基體合金和涂層工藝之間具有良好的相互結(jié)合強(qiáng)度比，長(zhǎng)期以來(lái)，用于各種金屬表面的轉(zhuǎn)化膜是鉻化合物膜和磷酸磷酸酯膜的轉(zhuǎn)化。近年來(lái)，環(huán)保的核心技術(shù)研究與開發(fā)土材料轉(zhuǎn)化膜和異丁烯直接轉(zhuǎn)化膜已引起更多關(guān)注，并且得到進(jìn)一步開發(fā)。硅烷是一種有機(jī)硅產(chǎn)品硅烷改性劑在金屬材料表面處理中的應(yīng)用是一個(gè)新的課題技術(shù)。It有許多優(yōu)質(zhì)品種，整體結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜，用量少，效果顯著效果。

4 結(jié)語(yǔ)

由上可知，當(dāng)前我國(guó)工業(yè)和國(guó)防現(xiàn)代化的快速發(fā)展，鈦和鈦合金的應(yīng)用范圍也在日益變得廣泛，對(duì)其的表面進(jìn)行強(qiáng)化處理的要求也變得愈加迫切，其表面處理技術(shù)的不斷完善，使得新技術(shù)和新工藝的不斷出現(xiàn)，從而有效拓展了鈦及鈦合金的應(yīng)用范圍。