鈦及鈦合金表面改性耐磨性耐腐蝕性研究

一、表面涂層技術(shù)
在基體材料表面使用相應(yīng)工藝進(jìn)行處理，復(fù)合涂層與基體材料，使其基體表面產(chǎn)生保護(hù)涂層，在化學(xué)、熱學(xué)等方面都具有良好性能。可以借助表面涂層的耐腐蝕與耐熱性，從而提升產(chǎn)品性能，在后續(xù)使用中也具有較長使用壽命。目前使用氣相沉積、熔覆等方式的表面涂層技術(shù)，可以有效提升鈦合金耐磨性能，對于抗腐蝕性也有不錯的效果。將表面活化和氫化處理有機(jī)整合，可以有效提高鈦合金表面導(dǎo)電性能，也可以避免與例如軟性雨水等接觸后，產(chǎn)生材料腐蝕問題。而使用氣相沉積技術(shù)，將TA2、TC11 基材制成 TiAIN 膜層，可以將膜層與基體結(jié)合部分形成三種元素相互結(jié)合的冶金結(jié)合，有效增強(qiáng)基材各類性能。

二、表面納米化處理
作為新型表面處理技術(shù)，納米化處理可以實(shí)現(xiàn)在不改變鈦及鈦合金表面材料成分的前提條件下，僅使用物理、化學(xué)等手段，將材料需要處理位置上層的晶粒進(jìn)行深度細(xì)化，直到納米級別，從根本上解決材料表面抗疲勞問題，進(jìn)而提升鈦及鈦合金表面耐腐蝕性能，在實(shí)際應(yīng)用上也可以提高耐磨性能。使用超音速微粒轟擊法等，將處理工具與工件表面進(jìn)行充分作用，讓鈦及鈦合金表面晶粒被機(jī)械方法破碎，深度細(xì)化后，對其表面進(jìn)行強(qiáng)化。對 TC4使用高能噴丸表面納米化技術(shù)，可以保障晶粒尺寸接近 20nm，借助表面硬度高于原材料的硬化層，提升材料抗疲勞性能。而處理 TA2后，晶粒尺寸接近 30nm的納米表層，其表層晶粒形成可以提升材料硬化程度的形變孿晶。尤其是我國在 623K條件下在鈦及鈦合金處理方面要強(qiáng)于美國相關(guān)規(guī)范，目前是事業(yè)領(lǐng)先水平。使用超音速微粒轟擊法，對 Ti-6Al-4V合金進(jìn)行處理，可以在其表面衍生出納米等軸組織，擁有 20nm晶粒尺寸，讓合金表面相較于原材料硬度可以提升一倍以上。

三、表面擴(kuò)滲和離子注入
與表面納米化處理不同，表面擴(kuò)滲和離子注入將金屬或非金屬材料摻雜在鈦合金基體材料中，改變其表面組織成分，借助改性層產(chǎn)生提升鈦合金基體表面抗性，或使用鋁、鉬等金屬材料進(jìn)行擴(kuò)散，從而提高鈦合金基體耐磨性與耐腐蝕性。使用網(wǎng)狀陰極輝光放電法，將 Ta 對 TC4 基體表面進(jìn)行滲鍍，可以有效提升 TC4 基體耐腐蝕性能。利用固體粉末包埋法，利用制備滲鉬層方式，可以有效將 TC6 表面相結(jié)構(gòu)大幅度改變，讓 TC6 表面硬度提升至 1400HV ；目前在科學(xué)技術(shù)快速發(fā)展，真空技術(shù)理論研究與使用功能深度也逐漸提升，可以在原有表面滲透技術(shù)基礎(chǔ)上，衍生出一種離子注入技術(shù)。例如使用離子滲氮方法，可以將 TA7 鈦合金表面硬度提高至 1200HV。而使用加弧輝光離子無氫滲碳技術(shù)，處理 Ti6AI4V 合金表面，其表面硬度可以達(dá)到 935HV，也表現(xiàn)出較強(qiáng)的耐磨性。也可以使用液相等離子電解碳氮共滲技術(shù)處理 Ti6Al4V合金，使合金表面產(chǎn)生 Ti沉積的硬質(zhì)涂層。而增加使用該方式處理鈦合金時間，可以有效提升滲層厚度，提高鈦合金的耐磨性。