1、鈦合金材料耐腐蝕性介紹

鈦絲、鈦鍛件等鈦及鈦合金材料具有重量輕、強度大、熱強性高、比強度高、耐腐蝕、生物相容性好等許多優(yōu)特性，被譽為未來的金屬、空間金屬和海洋金屬，是具有發(fā)展前途的新型結(jié)構(gòu)材料。鈦及鈦合金可以用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬，制作各種熱交換器、反應(yīng)器、蒸餾塔、高壓容器等設(shè)備。應(yīng)用鈦合金對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長設(shè)備使用壽命、減少消耗、降低能耗、防止污染、降低成本、改善勞動條件和提高生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。但是鈦合金本身硬度較低，耐蝕性、高溫抗氧化性能差，使它的應(yīng)用范圍受到限制。對鈦合金進行微弧氧化處理工藝，可以在鈦合金表面原位形成陶瓷膜，提高鈦合金的耐磨性及耐腐蝕性能，對鈦合金進行微弧氧化處理時常常存在一定的問題，影響著微弧氧化處理的效果。所以加強分析研究鈦及其鈦合金微弧氧化工藝存在的問題，對于其應(yīng)用具有實際意義。

2、鈦合金微弧氧化工藝存在的問題

將微弧氧化技術(shù)應(yīng)用于處理鈦及鈦合金，目前主要有交流微弧氧化技術(shù)、直流微弧氧化技術(shù)及其他技術(shù)。雖然取得了一定的發(fā)展，并向?qū)嵱没~進了一大步。但對于規(guī)?；I(yè)應(yīng)用還存在許多技術(shù)問題。一是如何降低大規(guī)模鈦合金微弧氧化工藝生產(chǎn)的成本也是急需解決的問題。根據(jù)微弧氧化理論，對鈦及鈦合金進行微弧氧化處理更大表面積的零件意味著高能耗，而且生產(chǎn)環(huán)境危險，生產(chǎn)中微弧產(chǎn)生大量的熱，需要龐大的冷卻裝置系統(tǒng)來冷卻電解液，這些都增加了該技術(shù)的成本。二是鈦合金進行微弧氧化處理過程中形成陶瓷膜的熱力學(xué)和動力學(xué)規(guī)律還沒有形成系統(tǒng)的理論，需要建立合理的模型來全面描述鈦合金微弧氧化時陶瓷膜的形成規(guī)律，以便指導(dǎo)試驗研究和理論分析。三是鈦合金微弧氧化液的設(shè)計及優(yōu)化研究較少，有關(guān)基體成分設(shè)計及成分對微弧氧化膜組織和性能的影響研究還不多。四是由于鈦合金微弧氧化表面層耐污性較差，孔洞較多，鈦合金基體與陶瓷膜過渡層之間有明顯分層現(xiàn)象，氧化膜與基體結(jié)合力較差，不利于直接使用，必須進行表面涂裝，目前對微弧氧化層的涂裝處理研究很少，影響了鈦合金微弧氧化技術(shù)的應(yīng)用。

3、鈦合金微弧氧化的研究方向

結(jié)合鈦合金微弧氧化工藝存在的問題，鈦合金微弧氧化技術(shù)的研究方向主要有以下幾方面。一是如何提高鈦合金微弧氧化設(shè)備產(chǎn)能和能源利用率問題。在微弧氧化過程中，電流效率較低，溶液熱能值占總電能比例較少，大量的能量浪費在溶液升溫過程，能源利用率較低，提高設(shè)備的產(chǎn)能和能源利用率非常重要。二是如何提高和穩(wěn)定鈦合金微弧氧化陶瓷膜的表面質(zhì)量，解決顏色單一，難于滿足多樣性問題。鈦合金微弧氧化工藝解決了材料的防腐蝕、耐磨損等問題，但是鈦合金微弧氧化能生產(chǎn)出的陶瓷層顏色還比較單一，主要有有黑色、白色、灰色和咖啡色，這樣就限制了它的應(yīng)用，特別是當(dāng)把微弧氧化技術(shù)應(yīng)用到零件外觀設(shè)計處理方面。三是如何解決鈦合金微弧氧化膜層表面的光澤度和粗糙度問題。根據(jù)微弧放電機理，微弧氧化陶瓷層存在大量微孔，孔洞的大量存在和孔洞分布的不均勻性影響著鈦合金零件、鈦鍛件表面的光澤度和粗糙度。另外，隨著零件表面幾何形狀的變化，微弧氧化膜的孔洞半徑、孔隙率、孔洞分布的均勻性、表面粗糙度也發(fā)生變化，而且表面粗糙度隨著膜厚度的增加而增大，這樣影響膜層表面的光澤度，限制了微弧氧化陶瓷層的應(yīng)用領(lǐng)域。

4、鈦合金微弧氧化技術(shù)的應(yīng)用

鈦合金微弧氧化工藝作為一種新興的表面處理技術(shù)，正日益受到人們的重視，航空、航天工業(yè)、在機械制造業(yè)、紡織工業(yè)、民用品生產(chǎn)領(lǐng)域，微弧氧化涂層也都具有廣闊的應(yīng)用前景。鈦及其合金微弧氧化形成的TiO2膜不但絕緣性好，而且介電常數(shù)高，可用于電子材料。TiO2具有很強的氧化性，能夠高效的分解有機物，能夠光催化抗菌和分解有害氣體，可用于水處理和空氣凈化。鈦及其合金微弧氧化陶瓷膜在微弧氧化過程中擊穿形成的放電通道，在生物醫(yī)用中可使硬組織植入材料朝內(nèi)生長，因此可望較好地改善與新生骨的機械嚙合。人們研究發(fā)現(xiàn)，鈣、磷是人體硬組織的基本成分，為促進骨生長，人們在微弧氧化電解液中引入鈣、磷離子，形成富含鈣磷的二氧化鈦薄膜，從而有效地提高生物相容性和骨誘導(dǎo)性，縮短愈合時間。鈦及其合金微弧氧化技術(shù)可在形狀復(fù)雜、線性尺寸相差很大的零件上形成均勻、堅硬的膜層，有利于防止在使用中與鈦合金接觸的由銅材料、鋼材、其他合金制造的管道及其他船舶制造零件在海水中腐蝕，有利于提高鈦及其合金的抗腐蝕性。

5、鈦合金微弧氧化技術(shù)的展望

同其他鈦合金表面處理技術(shù)相比，鈦及其合金微弧氧化技術(shù)具有工藝簡單易行、環(huán)保，處理過程對基體無有害影響等諸多優(yōu)點，其發(fā)展趨勢是在完善鈦合金微弧氧化放電模型和膜層生長模型的基礎(chǔ)上，將鈦合金表面微弧氧化技術(shù)與其它表面處理技術(shù)相結(jié)合，以提高鈦合金表面微弧氧化膜層的使用性能和應(yīng)用范圍。還要根據(jù)鈦合金零件的性能要求，合理設(shè)計鈦合金表面微弧氧化陶瓷層組成相，以獲得具有耐磨、抗氧化、低摩擦系數(shù)、熱阻性高的表面，獲得結(jié)合強度高、性能優(yōu)良的鈦合金表面微弧氧化陶瓷涂層，進一步拓寬鈦合金表面改性技術(shù)發(fā)展的新途徑與新方法，增強鈦及其合金微弧氧化的應(yīng)用前景。

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