钛及钛合金的性质及表面处理技术探讨

姚有兴

摘 要：由于钛合金材料具有非常强的耐热性、抗腐蚀性及优良的导热性，因而被广泛应用在各个领域里。文章对钛及钛合金的性质及表面处理技术进行了研究分析，以供参考。

关键词：钛及鈦合金；性质；表面处理技术

1 前言

钛合金由于高的比强度，良好的耐热性与耐蚀性，而在航空航天、兵器、汽车工业等领域得到广泛应用，近年来，世界各国都在积极研究开发各种高效低耗能的钛合金制备工艺，作为钛合金型材加工的起始环节，熔炼工艺的合理与否对材料的综合力学性能起重要作用，其研究意义是重大的。钛及钛合金是一种高化学活性金属，它极易与空气中的氧与氮等元素结合生成化合物而使材料变脆，因此，对于钛合金的熔炼一般是在真空或惰性气氛中进行。目前，钛及钛合金熔炼工艺工艺主要分为两类：真空自耗和真空非自耗熔炼。

2 机械加工技术分析

2.1 刀具材料

在对钛合金材质进行机械加工的时候，刀具的品性也能够直接影响加工效率及产品质量。通常状况下，会选择耐磨性高、硬度强的材质。刀具相关材质一般分为硬质合金、立方氮化硼、高速钢、涂层型以及聚晶金刚石等。硬质合金型刀具加工方式为粗加工和细加工两类。立方氮化硼型刀具具有耐热高、硬度强等特性，被很多企业所使用。高速钢可分为高钴及高铝两类。涂层型刀具具有很强的发展潜力，这种类型的刀具能够极大提升抗粘连性和抗氧化性，可以在苛刻的条件下进行工作。而聚晶金刚石刀具可以较好地适应钛合金材料机械加工时所产生的高热、高速环境，具有较好的稳定性能，这种刀具被大多数企业所采用。

2.2 刀具的几何参数

机械加工所使用的刀具的组成部分为钻头、车刀、丝锥、铣刀及铰刀。在机械加工过程中，粗加工时车刀需满足前后角尺度在合理范围内。在精加工的时候，刀刃需要保证没有倒棱。而钻头则在旋转角度合理设计的基础上，必须保障加工过程中的冷却及去屑，此外钻头还必须有较好的定性及强度。丝锥前角定成6～9°，锥角定成5～7°，而切削锥后角是5～11°，这样设定可以预防出现扭断及崩齿现象的出现。

2.3 加工工艺的参数

对带有硬皮的钛合金材质使用车削模式的时候，需要满足：15

mm/r

3 钛及钛合金表面处理技术

3.1 激光加工工艺参数

激光加工工艺参数的选择极大地影响着涂层质量。激光加工工艺参数包括激光功率、扫描速度、光斑大小、熔道重叠率、光斑形状等。激光功率过高、扫描速度过慢会使熔池深度增加，熔池内的有效成分被烧蚀，从而使形成的熔覆层稀释率过大，涂层内的强化相减少，导致涂层性能降低；激光功率过低且扫描速度过快，会使钛合金表面基体与粉末来不及融化，不能形成良好的冶金结合，或者熔池中的气体或残渣来不及上浮排出，致使形成的熔覆层与基体结合不够紧密，熔覆层内部有气孔或夹渣，影响了熔覆层的质量。为了使涂层具有良好的性能，需要通过试验或者计算机模拟出合适的激光功率及扫描速度的数值。合适的激光功率和扫描速度，会使涂层的稀释率低，熔覆层中晶粒细化，涂层与基体有良好的冶金结合。

3.2 粉末添加方式

3.2.1预置法

预置法是直接将粉末放置于基体表面。常用的放置方法有直接放置、用粘结剂粘结放置、用喷涂的方式放置。直接放置常用于实验室，方法简单灵活，熔覆时不会引入其它杂质，但是放置上的粉末在熔覆前容易掉落。用粘结剂粘结放置的方法比直接放置容易操作，但是在激光熔覆时粘结剂受热分解会产生一些杂质，可能会影响涂层的质量。所以需要选择合适的粘结剂，使其对涂层的影响最小。常用的喷涂方法有等离子喷涂、火焰喷涂等。喷涂的方法不会对熔覆材料造成污染，而且预置粉末与基体结合紧密。但是这种方法需要额外设备，增加了工艺成本。

3.2.2同步送粉法

同步送粉法是用送粉管将粉末定量地送入激光的照射区，方法比较灵活，适用于工业大量的生产作业，易于实现自动化加工。同步送粉法需要考虑送粉速率、粉末颗粒大小、送粉气体等因素。用数值模拟的技术对同步送粉激光熔覆过程中的空气动力学、粉末传送、激光功率和基材的热处理进行建模，研究了参数变化对熔覆层的影响。

3.3 其它影响因素

基材的热处理对激光熔覆层的质量也有很深的影响。由于激光熔覆熔化和凝固速率都很快的特点，使得熔覆层内产生较大的内应力。特别是在用激光熔覆陶瓷材料时，极易因为熔覆层快速冷却时产生内应力而使涂层表面或内部产生裂纹。为了减少熔覆过程产生的内应力，可以对基材进行预热处理，在熔覆后控制冷却速率或进行热处理。也有学者为了使涂层中晶粒更加细化，在激光熔覆时提高熔覆层冷却速率。激光熔覆层质量的好坏还与熔覆过程中是否有保护气体及保护气体的种类、流速有关，常用于激光熔覆的保护气体有氩气、氮气等。有些研究者在激光熔覆过程中采用超声波辅助熔覆的方法制备晶粒更细的熔覆层。超声波辅助熔覆过程可以阻止熔覆层裂纹和孔隙的产生，细化了晶粒，提高了熔覆层组织的均匀性，提高了熔覆层的质量。

4 结论

综上所述，针对钛合金零件进行加工，还要结合零件加工难度采取措施对传统车削工艺流程进行改进，通过合理选择刀具材料、角度、冷却液和实现工艺参数调整提高零件加工质量和效率，从而推动车削加工技术的发展。

参考文献

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