钛及钛合金的表面处理研究进展

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1、钛及钛合金的表面处理摘要：木文对钛及钛合金的表面处理的方法进行了综述，随着钛合金在航天航空、舰船、石油、化工以及其他行业的不断应用，世界各国尤其是发达国家和发展屮国家的研究工作者为克服钛合金的缺点正做着各种尝试和努力，钛合金的表面处理方法也取得了长足的进展。关键词：钛及钛合金表面处理研究方法1引言$及钛合金具有低密度、良好的耐腐蚀能力、高比强度以及令人满意的生物相容性，在航空航天、化工、生物医学等领域得到广泛的应用，并为社会带来巨大的经济效益。然而，钛及钛合金表面硬度低，在滑动摩擦条件下摩擦力学性能差，特别是抗摩擦和磨损性能较差的钛合金，严重地限制了其应用范围。为了有效地

2、利用钛合金的优良性能，对其进行表面处理，是一种改善钛合金缺陷使其最大限度地发挥其优势的重要措施之一。2表面处理方法2.1电镀在钛合金表面主要有镀葆、镀硬辂、镀银等，镀银目的是提高钛合金的导电性和钎焊性。电镀前必须对钛合金表面进行预处理，膜层与基体的结合力差是钛及钛合金表面进行电化学处理的主要问题，要想在钛及钛合金上得到满意和合格的表面膜层，镀覆预处理是非常重要的步骤，而预处理的关键是“活化成膜”处理，若选择适宜的预处理方法，既能简化工艺，又能保证和提高镀覆层与基体的结合强度⑴。2.2交流微弧氧化微弧氧化(MAO)是一项在金属表面生长氧化物陶瓷膜的新技术。它从阳极氧化发展而

3、来.但它施加了几百伏的高压，突破了阳极氧化对电压的限制。该技术通过微弧放电区瞬间高温高压烧结直接把基体金屈变成氧化物陶瓷，并获得较厚的氧化物膜。对钛合金表面微弧氧化，获得膜的硬度高并与金属基体结合良好。改善了钛合金表面的抗磨损、抗腐蚀、耐热冲击及绝缘等性能，在许多领域具有很好的应用前景⑵。2.3表面氧化处理一般钛和钛合金较之常用的生物体用合金Co、Cr合金和316L不锈钢的耐磨性都较差，而且所产生的磨损粉在生物体内都有可能产生不良影响。因此，新开发的一些牛物体用钛合金在牛物体内使用之前往往都要采取适当的表面处理，以提高其抗磨性。为此，日本丰桥技术科学人学和人同特殊钢公司研

4、究了种新开发的生物体用B型钛合金(简称TNTZ合金),采取表面氧化处理提高其表面耐磨性⑶。2.4离子注入离子注入与其它表面处理技术相比显示了诸多优点，与物理或化学气相沉积相比，主要优点在：①膜与基体结合好，抗机械、化学作用不剥落能力强；②注入过程不要求升高基体温度，从而可保持工件几何精度；③工艺重复性好等。许多研究者报道了氨离子注入对合金表面成分、组织结构、硬度及摩擦学性能有良好改善效果。TiC也是超硕相，故钛合金经离子注入碳也同样可以强化钛合金表面。但是由于等离子体基离子注入并非连续过程，施加每一负脉冲电位时，随着脉冲电位由零下降至谷值，再回升至零，发生着溅射和注入两个

5、过程。如果等离子体中含有金属或碳离子时，在脉冲电位为零吋，在一定条件下还会在表面形成单一碳沉积层，在一定脉冲电压仃0〜30kV)作用下，该单一碳层的结构为类金刚石碳(DLC)o从而可以获得比注氮层摩擦系数更低，耐磨性更好的表面改性层。表面单一碳层经实验确定其为DLC膜。经这样处理的钛合金，表面硬度提高4倍，在同种材料构成摩擦条件下，摩擦系数由0.4下降至0.1,耐磨性较未离子注入的提高30倍以上⑷。2.5离子轰击钛合金经氮离子轰击表面处理后，表面可获得由TiN和TizN组成的改性层，硬度为600〜800HV；表面硬度的提高，有利于改善钛合金的耐磨性⑷。2.6等离子渗氮与喷

6、丸处理利用直流脉冲等离子电源装置对钛合金表面渗氮处理，采用喷丸形变强化(SP)对渗氮层进行后处理，在钛合金表面获得由TiN、Ti2N.Ti2AIN等相组成的渗氮层，该改性层能够显著地提高钛合金常规磨损和微动磨损(FW)抗力，但降低了基材的FF抗力。渗氮层的减摩和抗磨性能与SP引入的表面残余压应力协同作用，使钛合金FF、抗力超过了SP单独作用。提高渗氮层韧度对改善钛合金FF和FW性能均十分重要⑷。2.7钛及钛合金表面电泳涂装电泳涂装是一种极为复杂的电化学反应过程，其中至少包括电泳、电沉积、电渗、电解4个过程，是一种利用外加电场使悬浮于电泳液中的树脂和颜料等微粒定向迁移并沉积

7、于电极表面的涂装方法。电泳涂装作为涂装工艺，不仅在金属表面处理的防蚀、装饰方面得到广泛应用，而且在功能性涂装方面以其固有的特点对高新技术产品的制造与发展也发挥着重要作用。另外，在环境保护方面，电泳涂装表面处理技术可取代一部分电镀加工和一部分污染较大的涂装加工，对提高资源可循环利用等可持续发展战略的实施将起着积极有益的作用。电泳涂装在实际应用中具有高效、低能耗、优质、安全、经济等优点，随着新型电泳涂料的开发和涂装技术的进步，电泳涂装工艺迅速得到了普及和发展。冃前，电泳涂装已广泛应用于汽车、建材、自行车、装饰材料、日用五金和装饰品