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贤集网刊:钛金属及钛合金表面处理工艺

作者:结米.旺   发布时间:2016-03-05 11:12:52   浏览次数:2307

        钛金属及钛合金主要三种表面处理工艺

  一、耐磨性表面处理耐磨性是钛金属最大缺点,容易产生麻面等缺陷。钛表面处理方法有镀Cr、镀Ni的湿式镀膜法、溅射法、堆焊法、热扩散法等,此外较先进的如CVD、PVD、PVCD表面强化法。

  1、 湿式镀膜是一种有效的耐磨表面处理方法,先镀Ni,再镀Cr。电解法成膜速度快,厚度几微米。

  2、 溅射法是利用等离子流高速空气射流,使滴下的熔融金属喷洒在被处理材料表面,无须真空,效率快。

  3、 堆焊法是利用等离子转移弧对钛表面进行堆焊硬化从而具有耐磨性。适合处理较大较厚的大型工件,方法简单,无须在高温下暴露防止力学性能下降。

  4、 热扩散法主要用于钢铁材料的硬化处理如渗碳、氮化、硼化等热扩散工艺。离子氮化法与气体氮化不同,离子氮化采用辉光放电等离子体破坏钛表面氧化膜,效率高。近年来用于钛,温度达到850摄氏度,氮化膜厚度从0.7微米增到5.0微米,表面硬度达1200-1600Hv,耐磨性良好。

  二、耐蚀性表面处理通常对钛金属及钛合金进行耐蚀性表面处理是为了防止钛在腐蚀性强的硫酸、盐酸等非氧化性酸水溶液中被腐蚀。故采用表面处理方法如下:

  5、 大气氧化处理 钛金属及合金放置在高温大气中,氧化膜会增厚,且随时间延长及温度升高而厚度增加,从而放置钛的全面腐蚀及间隙腐蚀,方法简单,但耐久性不高。且有大气氧化处理条件,温度和时间的保障。

  6、 贵金属涂覆 钛的氧化膜能保护钛被腐蚀,氧化膜的生成反应公式为:Ti +2H2O棗→TiO2 +4H+ +4e?/P> 该反应为阳极反应,可通过提高钛的电位使此反应进行,提高钛的氧化膜稳定性和耐腐蚀性。面积较大时,施加均一电压比较困难故而不适用此方法。贵金属在苛刻环境下也不容易被腐蚀,而且显高电位。因此在钛金属表面涂覆贵金属,有效提高其腐蚀性。通常使用钯(Pd)和钌(Ru)及他们的氧化物进行涂覆,耐腐蚀性非常好。

  7、 干式工艺涂覆TiC、TiN膜(CVD、PVD、PCVD) TiC、TiN及TiCN耐腐蚀比Ti更好,方法有气体法、CVD、PVD、PCVD,须在远高于钛相变点温度下加热,使其组织、形状发生变化造成制品不能满足使用要求,CVD、PVD、PCVD法需要特殊设备,成本高,通常此类方法不用于提高耐腐蚀性,偶尔用于提高耐磨性。

  三、匠性表面处理所以进行匠性表面处理,主要是因为钛金属广泛应用于建材、手表、眼镜等装饰品,使用钛金属主要是利用其优良的耐蚀性,然饰品需要表面鲜艳、光泽、时髦,故需要进行匠性加工。

  1、表面精加工①研磨;②退火加酸洗,表面失去光泽,呈灰色;③真空退火+酸洗,表面呈深灰色;④喷丸(50-500微米玻璃珠),表面呈梨皮状;⑤密条纹加工,150-240#砂带研磨,使其具有长且连续的研磨条纹;⑥花纹压印加工,即凹凸加工,加工表面有凹凸的浮雕图案;⑦化学刻蚀图案。

  2、镜面精加工

  对于钛材料来说,镜面精加工较难。①软带抛光,表面有硬化层则效率低;②化学抛光,由温度、时间、抛光液因素影响;③电解抛光,无水有机电解液对钛有较好的电抛光作用。

  3、着色钛表面本为银白色,着色处理通常有大气氧化法、阳极氧化法、化学处理法。(详见下文)

  钛及钛合金表面着色处理技术工艺

  上文已提及钛的着色方法有大气氧化法、阳极氧化法、化学处理法。其中最常用的是阳极氧化法,以下试验可直观了解阳极氧化法:

  1、先配水溶液,硫酸与蒸馏水

  比例小于1:10,硫酸浓度低。先用废钛板做实验,钛板是阳极,用粗铜线做阴极,一起放入上述电解液中,通上电后开始冒气泡。

  2、着色处理,将需要着色的钛放入水溶液,规定电压为15V,通电时间不限,待水溶液慢慢变成蓝色的硫酸铜溶液,可见钛表面已经着色。

  着色经验:要想着色均匀好看,须先将钛金属表面用砂纸研磨,使其表面光滑。此外,阳极处理通电过程中,可根据状况决定是否继续通电。下图为阳极处理的电压与颜色对照表。

  10稻草黄、15深金色、20青铜、25紫色、30亮蓝色、35天蓝色、40粉末蓝、45蓝白、50绿白色、55淡绿色、60淡黄绿色、65黄绿色、70青金色、75铜、80粉红色、85粉紫色、90亮紫色、95蓝紫色、100紫蓝色、105水族、110绿色与红色斑点、115绿色与紫色斑点、120蓝色与紫色斑点、125斑驳的紫、绿、蓝色

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