钛合金表面处理的几个方面
编者按：钛合金因拥有比强度高、耐蚀性好、耐热、无磁等许多优点，已在航天、航空、舰船、化工以及生物医学等各个领域获得广泛应用。但是钛的导热系数小，表面硬度低，容易发生粘着磨损。钛和与之相接触的材料会产生很强的相互作用，发生接触腐蚀;在特殊介质中，还会发生点蚀和缝隙腐蚀。因此，必须对钛合金进行表面处理，才能使钛合金承受更恶劣的服役环境和条件，使钛固有的优异性能得到充分发挥。
钛合金的表面处理主要有以下几个方面
表面渗碳。据日本报道，采用ar气体产生的等离子体清洗钛表面，在1073～1323k温度下，用ch4进行渗c，可以得到以tic为主要成分的硬度层，厚度为几个微米。另外，采用放电加工的方法可以提高钛材表面的硬度。其工艺过程是:在绝缘油中，让工具电极与钛零件之间发生火花放电，油的热分解生成c，渗入熔融状的钛表面，形成了渗c层。硬化层的成分为tic，厚度为5微米左右，硬度可达到2.2×104mpa左右，是基体钛材的11倍。
表面渗氮。氮化方法可在钛材表面形成一层钛的氮化物硬化层，主要有离子氮化、气体氮化、高压气体氮化和等离子氮化等。据日本报道，在本底真空为5×10－3pa、氮化压强为0.13mpa条件下，纯钛在850℃下可生成厚度为20微米的氮化层，氮化层zui外层是很薄的tin，其余是n在ti中的α相固溶体。另外，也有报道采用高压氮化处理来提高钛材表面的硬度。在0.5～10mpa的气体压强下，用n2，nh3或它们的混合气体对钛表面进行氮化处理，然后随炉冷却；当压力降至0.1mpa时，再抽真空至1pa，进行300～400℃回火处理，这样在纯ti表面可以得到厚度为20微米的金黄色tin层，表面硬度可达10000mpa。但是，上述方法均需要高温长时间的处理，会对钛的力学性能造成不利影响，特别是疲劳性能；而且会使钛材在高温下发生吸氢现象，有发生“氢脆”的危险。因此，目前这方面研究的重点是如何实现低温和无氢处理。
氧化处理。据波兰报道，在ar+o2气氛中辉光放电，产生的等离子体在1023k温度下可使ti-6al-4v表面生成氧化物及氧扩散层。由此得到的材料在nacl溶液中的耐蚀性明显改善。另据俄罗斯报道，用“超声+热氧化”的处理方式在钛表面可制备出氧化物涂层。由于超声波的高能量密度，使氧扩散的深度增大，且使晶粒变小。经“超声+热氧化”处理的钛材表面硬度为6500～7200mpa，硬化深度为10～15微米。“超声+热氧化”处理的试样，其耐磨性优于直接热氧化处理的试样。
表面合金化。据日本报道，采用气相热扩渗，可以在ti表面实现mg合金化。研究表明，经气态镁中950℃处理430h的试样，表面生成ti-mg合金，其耐蚀性大大提高，耐蚀性的可达纯钛的80倍。
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