新钛合金材料的性能分析

2019-02-11郝百川张秀琴

世界有色金属 2019年16期

郝百川＊，艾乐，张秀琴

（华北理工大学冶金与能源学院，河北唐山 063210）

随着社会科技水平的不断发展进步，钛合金材料被广泛应用于当前社会领域，于科学技术领域中占据重要地位，新型钛合金制备技术的研发，有利于更好的促进我国经济水平的提升。所以这就需要对钛合金材料的制作方法、性质功能等进行研究，以便提升材料的应用范围，更好的为人们现实生活服务[1]。下文将从钛合金材料性能出发，对其制备方法及性能展开论述。

1 钛合金材料的性能

对钛合金材料进行研究发现，其表面虽然与普通的合金材料相比除了具有一定的量子尺寸、小尺寸和宏观量子等多种效用之外，还具备下面多种优势。

1.1 物化特性

钛合金材料主要包括板钛矿、锐钛矿和金红石三种，由于板钛矿主要属于正交晶系，而金红石和锐钛矿主要归属于四方晶系，在高温情况下，一旦温度超过650℃，板钛矿就能够转化为锐钛矿，而在915℃的情况下，锐钛矿可以转化为金红石，在钛合金材料遇到的过程中，主要关系到合金材料的大小和所包含的杂质，也关系到新型钛合金材料的制备方式，颗粒越小的合金材料，可以在越低的温度下完成结构改变，所以锐钛型的材料转变为金红石型的钛合金材材料所需的温度只要在600℃以下即可[2]，钛合金材料具有一定的生物惰性，稳定性强，不具有毒性，应用安全。

1.2 光催化性能

锐钛型的钛合金材料禁带宽度为3.2eV，一旦其与光子的波长不足387.5纳米或者与387.5纳米相等的情况下，导带会被价带中所包含的电子激发，以此会形成负电性的e-，其属于高活性的电子，且在吸收光子后，价带上也会产生空穴h+，材料表面上氧会获得电子，在该反应发生的过程中，最终的生成物氢氧自由基和原子氧的化学活性均极长，对有机污染物产生氧化降解作用，而空穴h+直接回对半导体表面中所包含的有机物质的电子产生一定的吸附作用，导致不能对光产生吸收作用的物质被氧化分解。最终生成的氢氧自由基、原子氧及空穴h+均能够与细菌之中的有机物产生作用，直接形成水和二氧化碳，还会生成无机物，有利于对细菌进行消灭，消除异味和油渍。

1.3 钛合金材料的抗腐蚀性能

钛合金材料的结构与涂层相组织决定了其耐腐蚀性能，使用适用于钛表面制备耐腐蚀涂层的电解液，在接触过程中具有最小的电解腐蚀电流。不同电解液形成的涂层其电解腐蚀电流由小到达的顺序如锐钛矿+金红石、锐钛矿、金红石、金红石（热氧化物），非晶态结构涂层有利于提高合金材料的抗腐蚀性能，因为非静态物质结构上为长程无序、短程有序，内部不存在错位、晶界、孪晶等缺陷，钛合金材料结构与成分均匀，硬度较强且具有一定的耐磨性能。

2 钛合金材料的制备方法

2.1 气相法

（1）物理气相沉积法。采用高频、等离子体或者高频方式对原材料采用等高温热源加热方式进行加热处理，以便原材料能够汽化，在汽化过程中形成等离子体，进而对其进行骤冷处理，以便等离子体能够形成凝聚的纳米粒子。采用该方式制成的钛合金材料具有极高的纯净度，且颗粒分布均匀，颗粒直径比较小，具有极好的分散性[3]，通过分析材料内部颗粒的大小及分布情况，能够以气体压力改变方式和加温形式进行控制，但是该制备方式需要极高的技术水平，也需要较高的制作成本。

（2）化学气相沉积法。以复合等离子体形式、高频等离子体形式和直流电弧等离子体形式进行等离子气相合成，以此制备钛合金材料。

其中高频等离子体形式不会产生电极污染，但是能量的利用率不足，所以具有一定的不稳定性，直流电弧等离子形式能够通过电弧所产生的高温对反应气体进行等离子化，但是由于电极溶化和蒸发影响，会对产品产生污染。而复核等离子形式主要是结合上述两种方式，将其优点融合，以此完成新型钛合金材料的制备。

①气相合成法：以喷雾方式，使其与惰性气体产生激冷，以此形成亚微米级，采用水蒸气反应方式，在低温情况下将材料进行合成，采用该方式制作的钛合金材料，不仅纯度较高，还具有极好的单分散性，只是在采用该方式制备材料的过程中，需要较为精准的设备，不仅生产量较低，生产所需成本也比较高。②气相氧化法：应用物品四氯化钛作为原材料，以氧气作为氧源，将氮气和氩气作为稀释气，将四氯化钛转化为蒸汽放入反应器中，使其与氧气在高温条件下发生反应，温度应控制在900℃以上，控制在1400℃以下[4]。采用该方式制作钛合金材料，具有极高的自动化程序，且制成的材料具有极好的单分散性，颗粒度极好，透光性也比较高，但是对生产设备的要求也。

2.2 液相法

2.2.1 溶胶法

其主要是采用硫酸氧钛作为生产的原材料，加入酸液，使其溶解成胶状物，对其进行表面活性的处理[5]，以获得胶状颗粒，并加热，分解而得到制备材料。采用该方式制作钛合金材料具有极好的分散性，烧结活性较强，生产成本较高，不能大规模生产。2.2.2 溶胶法联合凝胶法

该方式主要采用无机钛盐和有机钛盐作为主要原材料，通过有机介质在水中对其进行溶解，使其产生缩聚反应，在经过溶胶和凝胶后，形成凝胶，并通过加热或者冷冻处理[6]，以此生产产品。采用该方式制备钛合金材料，纯度较高，具有极好的分散性，煅烧的温度也不需要过高，需要的设备简单，但是制作时间较长，煅烧过程中极易出现凝胶体积增加的情况。