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
在基體材料表面使用相應工藝進行處理，復合涂層與基體材料，使其基體表面產生保護涂層，在化學、熱學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，從而提升產品性能，在后續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，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整合，可以有效提高鈦合金表面導電性能，也可以避免與例如軟性雨水等接觸后，產生材料腐蝕問題。而使用氣相沉積技術，將TA2、TC11 基材制成 TiAIN 膜層，可以將膜層與基體結合部分形成三種元素相互結合的冶金結合，有效增強基材各類性能。

二、表面納米化處理
作為新型表面處理技術，納米化處理可以實現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、化學等手段，將材料需要處理位置上層的晶粒進行深度細化，直到納米級別，從根本上解決材料表面抗疲勞問題，進而提升鈦及鈦合金表面耐腐蝕性能，在實際應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行充分作用，讓鈦及鈦合金表面晶粒被機械方法破碎，深度細化后，對其表面進行強化。對 TC4使用高能噴丸表面納米化技術，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于美國相關規范，目前是事業領先水平。使用超音速微粒轟擊法，對 Ti-6Al-4V合金進行處理，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、表面擴滲和離子注入
與表面納米化處理不同，表面擴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，借助改性層產生提升鈦合金基體表面抗性，或使用鋁、鉬等金屬材料進行擴散，從而提高鈦合金基體耐磨性與耐腐蝕性。使用網狀陰極輝光放電法，將 Ta 對 TC4 基體表面進行滲鍍，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 表面相結構大幅度改變，讓 TC6 表面硬度提升至 1400HV ；目前在科學技術快速發展，真空技術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基礎上，衍生出一種離子注入技術。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，處理 Ti6AI4V 合金表面，其表面硬度可以達到 935HV，也表現出較強的耐磨性。也可以使用液相等離子電解碳氮共滲技術處理 Ti6Al4V合金，使合金表面產生 Ti沉積的硬質涂層。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。