一、表面改性處理

表面改性處理方法指鈦材在已經(jīng)進(jìn)行淺層次的表面處理的基礎(chǔ)上，通過滲（注）入處理、涂鍍處理、熔覆處理等方式，使金屬鈦表面具備耐蝕、耐磨、耐疲勞、電化學(xué)等性能的處理方式。

滲入（注入）處理 滲入處理，也即表面化學(xué)熱處理，是指通過高溫下直接接觸或較低溫度下電化學(xué)作用，元素以分子或離子的形式熱擴(kuò)散進(jìn)入鈦材表面，形成化合物膜，改善材料表面特性的方法，常用的有滲氧、滲碳、滲氮、滲硼等，可以提高鈦材表面硬度和耐磨性等。注入處理是把氣體或金屬元素蒸氣，在高溫、高壓電場作用下，發(fā)生電離，并經(jīng)過電場的加速，元素以離子的形式打入鈦材料表面、獲得化合物膜，改善材料表面性能的方法，已有的有氮、鉑、鍶、銪或鑭等離子的注人，可以提高鈦材表面的抗氧化性，耐磨性、抗疲勞性等。此方法也可以結(jié)合激光處理技術(shù)提高處理效果。

涂鍍處理 涂敷處理指將特定的涂敷液，經(jīng)一定的涂敷工藝對鈦材表面處理，通過熱氧化作用，多次重復(fù)以一定的結(jié)合力均勻的將涂層涂敷于鈦材表層，常見的活性涂層含有鈀、釕、銥等稀貴金屬氧化物。電鍍處理指在去除氧化層的鈦材表層進(jìn)行電鍍處理，以提高其耐蝕、耐磨、耐高溫及導(dǎo)電性等的方法，可以通過鍍后熱處理擴(kuò)散進(jìn)一步提高鍍層與基體的結(jié)合力。電鍍處理同樣可以結(jié)合激光處理技術(shù)，從而實(shí)現(xiàn)材料表面合金化，獲得所需性能。

熔覆處理 也即電子束改性處理。通過高能量密度的電子束轟擊鈦材表面，使表面局部熔化，并在冷基體的作用下快速凝固，使鈦材表面的組織得以細(xì)化，減少原始組織纖維偏析，實(shí)現(xiàn)硬度和韌性的最佳配合。這種方法可使鈦材表面非晶態(tài)化，從而提高鈦材的耐蝕性能和抗疲勞性能。同時(shí)利用真空電子束重熔，在凝固過程中，有利于鈦材表面除氣，可有效提高改性處理品質(zhì)。具有相同機(jī)理的還有激光熔覆法。

常見的表面改性處理還有以下2種。

①堆焊法 利用等離子轉(zhuǎn)移弧進(jìn)行鈦表面堆焊硬化改性，可以使鈦表面具有優(yōu)良的耐磨性。方法簡單，被處理材無需整個(gè)高溫下暴露，可防止力學(xué)性能的下降，但需二次加工，僅局限于處理較厚的大型工件。

②濺射法 利用等離子流高速空氣射流，使滴下的熔融金屬噴鍍在被處理材表面的方法，不需要真空，可在大氣中處理，生產(chǎn)效率高，但鍍膜的致密度不夠。

1. 陽極氧化

對于鈦制設(shè)備來說，表面氧化處理的主要目的就是解決熱鹽應(yīng)力腐蝕。陽極氧化是鈦及其合金常用的一種表面防護(hù)處理方法。鈦的陽極氧化是指將鈦?zhàn)鰹殛枠O，18-8不銹鋼、銀、鉑、或鈦為陰極，置于合適的電解質(zhì)溶液中，通以適當(dāng)電壓的直流電流，以電化學(xué)方式使鈦陽極上生成氧，并與鈦陽極表面進(jìn)行反應(yīng)形成保護(hù)性氧化膜的方法。

鈦陽極氧化處理，可使鈦不直接與介質(zhì)接觸，借獲得的穩(wěn)定氧化膜防止金屬鈦腐蝕。氧化膜與基體結(jié)合較牢固、有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率小、硬度高且耐磨。鈦合金陽極氧化膜的用途主要有：膜層黏附性好，可以提高涂料及其他涂層的結(jié)合力；防止鐵的污染；用于轉(zhuǎn)動(dòng)配合中耐磨、耐擦傷的表面；用于螺紋緊固件防黏滯；比自然氧化膜具有更高的抗?jié)B氫能力，用于在腐蝕氣氛中防止?jié)B氫，增加其耐蝕性；可以呈現(xiàn)各種顏色，是較理想的裝飾層和保護(hù)層。

陽極化處理方法如下。

① 對鈦制零部件的陽極化處理 最簡單的陽極化處理方法是在一個(gè)盛有10%（NH₄）₂SO₄溶液的碳鋼槽內(nèi)，浸入可拆卸的設(shè)備，由一個(gè)200A的直流發(fā)生器，在40V下通入該系統(tǒng)。該電路已被廣泛應(yīng)用，主要用于鈦制零部件及鈦制設(shè)備，例如作為吸收柱的網(wǎng)籃、夾子、螺栓、螺母、插銷、葉輪等，以及攪拌器部件和管子。

② 對較復(fù)雜的管子，可采用槽外法對管子內(nèi)部進(jìn)行陽極化處理，其方法為:把管子支撐在適當(dāng)位置上使電解液將管組充滿，用絕緣盤封蓋其一端，開口端加上塑料環(huán)。每段管子裝人允許氣體通過的多孔金屬線，該金屬線與管子絕緣。導(dǎo)線一端與電源負(fù)極相連，管組與電源正極相連，用此方法可以陽極化處理φ25~300mm直徑范圍內(nèi)的各種管子，并且包括具有復(fù)雜形式的管子。

2.微弧氧化

微弧氧化(Microare oxidation，MAO)，又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidtion，MPO)，是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上，利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng)，從而在以鈦金屬及其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜的方法，是通過專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解質(zhì)溶液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場等因素的作用下，金屬表面形成陶瓷膜，達(dá)到工件表面強(qiáng)化的目的。在微弧氧化過程中，化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在，因此陶瓷層的形成過程非常復(fù)雜，至今還沒有一個(gè)合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。

微弧氧化工藝將工作區(qū)城由普通陽極氧化的法拉第區(qū)域引人到高壓放電區(qū)域，克服了硬質(zhì)陽極氧化的缺陷，極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結(jié)合牢固，結(jié)構(gòu)致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術(shù)具有操作簡單和易于實(shí)現(xiàn)膜層功能調(diào)節(jié)的特點(diǎn)，而且工藝不復(fù)雜，不造成環(huán)境污染，是一項(xiàng)全新的綠色環(huán)保保型材料表面處理技術(shù)，在航空航天、機(jī)械、電子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

微弧氧化技術(shù)的突出特點(diǎn)如下：

① 大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在 1000~2000HV，最高可達(dá) 3000HV,，可與硬質(zhì)合金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度。

② 良好的耐磨損性能。

③ 良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)。因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

④有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達(dá)100MΩ。

⑤ 溶液為環(huán)保型，符合環(huán)保排放要求。

⑥ 工藝穩(wěn)定可靠，設(shè)備簡單。

⑦ 反應(yīng)在常溫下進(jìn)行，操作方便，易于掌握。

⑧ 基體原位生長陶瓷膜，結(jié)合牢固，陶瓷膜致密均勻。