钛合金的表面处理及故障分析

2021-11-24王萱刘宏伟李超佟南张保山

商品与质量 2021年22期

王萱刘宏伟李超佟南张保山

1.宝鸡钛业有限公司陕西宝鸡 721014

2.空军工程大学陕西西安 710051

近年来，我国科学技术和现代国防工业的不断发展，使得人们对金属材料的需求也随之而增高，这就需要有关人员不断研究和使用到具有高性能的合金及复合材料[1]。钛及钛合金具有了许多的优势，已被广泛应用到我国的航天、汽车等国防工业中，具有了广阔的发展前景。

1 钛及钛合金表面氧化处理

1.1 化学氧化法

化学和物理空气氧化法的各种操作相对简单，但由此产生的氧化过程膜薄且腐蚀性差抵抗。应该被利用分开。那个物理氧化反应物膜具有较好的附着力，可用作其底层或过渡层油漆，它能有效提高钛及碳合金材料的耐久性和装饰性。

1.2 电化学氧化法

电极材料氧化膜比物理化学氧化膜厚，具有良好的耐腐蚀性，用途极为广泛，可以提高材料高温加热加工的润滑性，附着力和耐久性，主要用于极耐磨性，减少身体表面的摩擦和光反射。钛和钛合金电物理钝化膜的特点和实际用途如下：①提高金属材料表层的耐磨性和耐腐蚀性，并经常用作耐磨性和耐蚀性的合金夹具；②提高薄膜与基材之间的粘结强度比，可作为电镀的底层；③钛的电化学原理。氧化层具有良好的导电性，可以用作电阻器的介电膜；④通过在阳极金属氧化溶液中添加各种花哨的线钩剂作为装饰层，可以获得相同的颜色；⑤对于基本功能膜层，例如，用于存储元件的多孔膜，太阳能全吸收板和全吸收膜，干式降低摩擦系数和催化剂膜等，沉积磁性合金。

1.3 微弧氧化法

微弧氧化是近年来发展起来的一个新技术。它采用电极材料法在其背面产生微小的火花电流斑点材料。微弧氧化技术具有以下显着特点：①膜层厚度大，孔隙率低，耐腐蚀性强；②控制薄膜的总厚度，以提高微弧空气氧化的可操作性；③薄膜可以从贱金属中生长出来，并与金属间化合物有机结合，具有高强度和良好的强度；④漆膜硬度高，耐磨性好，耐高温；⑤效率高，质量高，操作工艺简单，环境污染少，性价比高，适合自动化生产。微弧空气氧化的各种技术使微电离气体氧化反应膜不仅具有陶瓷膜的优异性能，而且保持了阴极氧化处理膜与金属基材的良好结合，突破了各种技术在理论和应用方法上的局限性，已成为国际材料外表面工程是其核心技术领域的科研市场热点。

2 钛及钛合金表面化学沉积及电沉积

钛是一种热稳定性相对较高的金属，将其放置在空气或气流等含氧量较高的介质中时，会在钛表面迅速形成新的氧化膜，但是很难做到这一点。氧化膜层进入钛的背面。特别是当它用于铬电镀，物理镀和能量转换镀层时，仅镀层与基体之间的附着力很差，并且很难获得镀层合格的产品。薄膜与基体的相互结合是钛及钛合金表面后续电催化处理的难点之一材料。英寸为了在钛及钛合金材料上获得合格的产品表面膜，预镀是非常重要的台阶。那个预直接处理的关键是激活薄膜编队。如果选择了几种合适的前、后处理方法，不仅可以简化工艺，同时也保证了镀层与基体的紧密结合改进了。它在工业生产中，纯钛的外表面直接处理相对容易，而对于含硅纯金的钛合金来说更为困难。

2.1 “活性膜”处理

钛和钛合金表面变得粗糙和腐蚀，然后首先加工最重要的钝化膜。就钛和钛合金而言，再活化和细胞活性膜工艺对于确保钛表面的质量最重要它的功能是去除钛合金的主体表面，同时，氧化膜被细胞活性膜（称为酶活性膜）代替，该细胞活性膜与基材结合得很好，并促进了镀层的镀覆。钛基体，不会被空气再氧化，活性材料膜在基体和涂层上具有独特而良好的性能，经过细胞活性膜处理的铝合金背面可以直接积累物理，化学或电的积累。

2.2 “活性膜”的作用

钛是一种非常活泼可爱的金属，其外部和电子结构是3d结构，很容易在外层失去4个电子，但是钛会在干燥的空气或水中迅速氧化，并逐渐形成致密的氧化工艺膜（顶部远离膜），这是难以在钛上获得良好的涂层紧密结合的主要原因。重要的是，在活性膜的理想工艺中，需要使用活性材料膜的科学研究表明，实际上在Ti和H之间形成Ti的物理和化学键具有正负离子键的主要成分，并且电子云为更明显地偏向H，使其带负电，因此Ti的外部电子云密度降低，也就是说，钛的响应度降低，因此它不会迅速氧化，并且系统会形成致密的结构化的被动膜。THi2薄膜层是合金化的，它的外部自由度像电子一样被局域化.THi2中钛的3d轨道加速并重叠以产生能带，因为能量产生相似，所以可以逐渐形成各种金属键具有贱金属材料Ti的3d能量。活性膜层利用其合金键将镀层和基底结合在一起，从而使镀层具有良好的附着力[2]。

3 钛及钛合金表面转化膜

各种直接在金属材料表面上进行涂层转化然后再进行处理的技术对于表面层压是必不可少的和必不可少的，并且已被更广泛地使用。通常对转化膜的明确要求是：①后续处理和表面层的制造工艺相对简单，易于保证，效率高；②后处理液中无有害物质，有利于环境保护；③涂膜层与基体合金和涂层工艺之间具有良好的相互结合强度比，长期以来，用于各种金属表面的转化膜是铬化合物膜和磷酸磷酸酯膜的转化。近年来，环保的核心技术研究与开发土材料转化膜和异丁烯直接转化膜已引起更多关注，并且得到进一步开发。硅烷是一种有机硅产品硅烷改性剂在金属材料表面处理中的应用是一个新的课题技术。It有许多优质品种，整体结构非常复杂，用量少，效果显著效果。