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鈦產(chǎn)品表面改性處理(一)

[ 信息發(fā)布:本站 | 發(fā)布時(shí)間:2024-09-09 | 瀏覽:133次 ]


一、表面改性處理

表面改性處理方法指鈦材在已經(jīng)進(jìn)行淺層次的表面處理的基礎(chǔ)上,通過滲(注)入處理、涂鍍處理、熔覆處理等方式,使金屬鈦表面具備耐蝕、耐磨、耐疲勞、電化學(xué)等性能的處理方式。

滲入(注入)處理 滲入處理,也即表面化學(xué)熱處理,是指通過高溫下直接接觸或較低溫度下電化學(xué)作用,元素以分子或離子的形式熱擴(kuò)散進(jìn)入鈦材表面,形成化合物膜,改善材料表面特性的方法,常用的有滲氧、滲碳、滲氮、滲硼等,可以提高鈦材表面硬度和耐磨性等。注入處理是把氣體或金屬元素蒸氣,在高溫、高壓電場作用下,發(fā)生電離,并經(jīng)過電場的加速,元素以離子的形式打入鈦材料表面、獲得化合物膜,改善材料表面性能的方法,已有的有氮、鉑、鍶、銪或鑭等離子的注人,可以提高鈦材表面的抗氧化性,耐磨性、抗疲勞性等。此方法也可以結(jié)合激光處理技術(shù)提高處理效果。

涂鍍處理 涂敷處理指將特定的涂敷液,經(jīng)一定的涂敷工藝對鈦材表面處理,通過熱氧化作用,多次重復(fù)以一定的結(jié)合力均勻的將涂層涂敷于鈦材表層,常見的活性涂層含有鈀、釕、銥等稀貴金屬氧化物。電鍍處理指在去除氧化層的鈦材表層進(jìn)行電鍍處理,以提高其耐蝕、耐磨、耐高溫及導(dǎo)電性等的方法,可以通過鍍后熱處理擴(kuò)散進(jìn)一步提高鍍層與基體的結(jié)合力。電鍍處理同樣可以結(jié)合激光處理技術(shù),從而實(shí)現(xiàn)材料表面合金化,獲得所需性能。

熔覆處理 也即電子束改性處理。通過高能量密度的電子束轟擊鈦材表面,使表面局部熔化,并在冷基體的作用下快速凝固,使鈦材表面的組織得以細(xì)化,減少原始組織纖維偏析,實(shí)現(xiàn)硬度和韌性的最佳配合。這種方法可使鈦材表面非晶態(tài)化,從而提高鈦材的耐蝕性能和抗疲勞性能。同時(shí)利用真空電子束重熔,在凝固過程中,有利于鈦材表面除氣,可有效提高改性處理品質(zhì)。具有相同機(jī)理的還有激光熔覆法。

常見的表面改性處理還有以下2種。

①堆焊法 利用等離子轉(zhuǎn)移弧進(jìn)行鈦表面堆焊硬化改性,可以使鈦表面具有優(yōu)良的耐磨性。方法簡單,被處理材無需整個(gè)高溫下暴露,可防止力學(xué)性能的下降,但需二次加工,僅局限于處理較厚的大型工件。

②濺射法 利用等離子流高速空氣射流,使滴下的熔融金屬噴鍍在被處理材表面的方法,不需要真空,可在大氣中處理,生產(chǎn)效率高,但鍍膜的致密度不夠。

1. 陽極氧化

對于鈦制設(shè)備來說,表面氧化處理的主要目的就是解決熱鹽應(yīng)力腐蝕。陽極氧化是鈦及其合金常用的一種表面防護(hù)處理方法。鈦的陽極氧化是指將鈦?zhàn)鰹殛枠O,18-8不銹鋼、銀、鉑、或鈦為陰極,置于合適的電解質(zhì)溶液中,通以適當(dāng)電壓的直流電流,以電化學(xué)方式使鈦陽極上生成氧,并與鈦陽極表面進(jìn)行反應(yīng)形成保護(hù)性氧化膜的方法。

鈦陽極氧化處理,可使鈦不直接與介質(zhì)接觸,借獲得的穩(wěn)定氧化膜防止金屬鈦腐蝕。氧化膜與基體結(jié)合較牢固、有較高的化學(xué)穩(wěn)定性、電導(dǎo)率小、硬度高且耐磨。鈦合金陽極氧化膜的用途主要有:膜層黏附性好,可以提高涂料及其他涂層的結(jié)合力;防止鐵的污染;用于轉(zhuǎn)動(dòng)配合中耐磨、耐擦傷的表面;用于螺紋緊固件防黏滯;比自然氧化膜具有更高的抗?jié)B氫能力,用于在腐蝕氣氛中防止?jié)B氫,增加其耐蝕性;可以呈現(xiàn)各種顏色,是較理想的裝飾層和保護(hù)層。

陽極化處理方法如下。

① 對鈦制零部件的陽極化處理 最簡單的陽極化處理方法是在一個(gè)盛有10%NH42SO4溶液的碳鋼槽內(nèi),浸入可拆卸的設(shè)備,由一個(gè)200A的直流發(fā)生器,在40V下通入該系統(tǒng)。該電路已被廣泛應(yīng)用,主要用于鈦制零部件及鈦制設(shè)備,例如作為吸收柱的網(wǎng)籃、夾子、螺栓、螺母、插銷、葉輪等,以及攪拌器部件和管子。

② 對較復(fù)雜的管子,可采用槽外法對管子內(nèi)部進(jìn)行陽極化處理,其方法為:把管子支撐在適當(dāng)位置上使電解液將管組充滿,用絕緣盤封蓋其一端,開口端加上塑料環(huán)。每段管子裝人允許氣體通過的多孔金屬線,該金屬線與管子絕緣。導(dǎo)線一端與電源負(fù)極相連,管組與電源正極相連,用此方法可以陽極化處理φ25~300mm直徑范圍內(nèi)的各種管子,并且包括具有復(fù)雜形式的管子。

2.微弧氧化

微弧氧化(Microare oxidationMAO),又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidtion,MPO),是指在普通陽極氧化的基礎(chǔ)上,利用弧光放電增強(qiáng)并激活在陽極上發(fā)生的反應(yīng),從而在以鈦金屬及其合金為材料的工件表面形成優(yōu)質(zhì)的強(qiáng)化陶瓷膜的方法,是通過專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓,使工件表面的金屬與電解質(zhì)溶液相互作用,在工件表面形成微弧放電,在高溫、電場等因素的作用下,金屬表面形成陶瓷膜,達(dá)到工件表面強(qiáng)化的目的。在微弧氧化過程中,化學(xué)氧化、電化學(xué)氧化、等離子體氧化同時(shí)存在,因此陶瓷層的形成過程非常復(fù)雜,至今還沒有一個(gè)合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。

微弧氧化工藝將工作區(qū)城由普通陽極氧化的法拉第區(qū)域引人到高壓放電區(qū)域,克服了硬質(zhì)陽極氧化的缺陷,極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結(jié)合牢固,結(jié)構(gòu)致密,韌性高,具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術(shù)具有操作簡單和易于實(shí)現(xiàn)膜層功能調(diào)節(jié)的特點(diǎn),而且工藝不復(fù)雜,不造成環(huán)境污染,是一項(xiàng)全新的綠色環(huán)保保型材料表面處理技術(shù),在航空航天、機(jī)械、電子、裝飾等領(lǐng)域具有廣闊的應(yīng)用前景。

微弧氧化技術(shù)的突出特點(diǎn)如下:

大幅度地提高了材料的表面硬度,顯微硬度在 1000~2000HV,最高可達(dá) 3000HV,,可與硬質(zhì)合金相媲美,大大超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度。

② 良好的耐磨損性能。

③ 良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應(yīng)用中的缺點(diǎn)。因此該技術(shù)有廣闊的應(yīng)用前景。

④有良好的絕緣性能,絕緣電阻可達(dá)100MΩ。

⑤ 溶液為環(huán)保型,符合環(huán)保排放要求。

⑥ 工藝穩(wěn)定可靠,設(shè)備簡單。

⑦ 反應(yīng)在常溫下進(jìn)行,操作方便,易于掌握。

⑧ 基體原位生長陶瓷膜,結(jié)合牢固,陶瓷膜致密均勻。


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