提高鈦合金耐蝕 耐磨性的表面處理方法都在這了!
表面處理網訊一般鈦和鈦合金比常用的生物體用合金CoCr合金和316L不銹鋼的耐磨性都較差而且所產生的磨損粉在生物體內都有可能產生不良影響因此新開發的一些生物體用鈦合金在生物體內使用之前往往都要采取適當的表面處理以提高其抗磨性為了進一步達到提高鈦合金耐蝕性耐磨性抗微動磨損性高溫抗氧化性等目的對鈦合金進行表面處理是進一步擴大鈦合金使用范圍的有效途徑可以這么說目前對金屬的表面處理方法幾乎全部應用到了鈦合金的表面處理上包括金屬電鍍化學鍍熱擴散陽極氧化熱噴涂低壓離子工藝電子和激光的表面合金化非平衡磁控濺射鍍膜離子氮化PVD法制膜離子鍍膜納米技術等等來看在鈦合金表面形成TiOTiNTiC滲鍍層及TiAlN多層納米膜表面氧化處理提高其表面耐磨性仍是研究重點
鈦合金廣泛應用于航空航天化工及生物醫療領域但是其硬度較低抗磨減摩性能差限制了其應用因此利用表面改性技術改善鈦合金的表面性能備受關注通常最常用的方法是進行化學處理或化學氧化來提高和改善基體與涂覆層的結合力以及表面的耐蝕性能但是化學氧化所得到的氧化膜層較薄耐蝕性和耐久性較差鈦合金表面的氧化膜使得在鈦上進行化學鍍電鍍難以實現相比之下微弧氧化處理目前普遍被認為是最有前途的鈦合金表面處理方法
液相沉積TC4表面液相沉積生物陶瓷涂層近年來通過化學處理在鈦合金基體植入件表面制取生物陶瓷涂層的探索性研究已有公開的報道如用高濃度的NaOH或H2O2處理工藝提出的兩步堿處理工藝還有人引入了乙烯基三乙氧基硅烷和聚丙烯酸鈉等調制劑來獲得生物陶瓷涂層對TC4鈦合金進行簡單的酸堿預處理后再在一種仿體液的快速鈣化溶液（FCS）中浸泡沉積以期獲得梯度結合的生物活性好的鈦基HA生物陶瓷涂層復合材料該方法的研究對鈦合金直接作為硬組織植入材料應用有著十分重要的理論意義和潛在的經濟價值
表面氧化處理離子注入與其它表面處理技術相比顯示了諸多優點與物理或化學氣相沉積相比主要優點在①膜與基體結合好抗機械化學作用不剝落能力強②注入過程不要求升高基體溫度從而可保持工件幾何精度③工藝重復性好等許多研究者報道了氮離子注入對Ti6Al4V鈦合金表面成分組織結構硬度及摩擦學性能有良好改善效果TiC也是超硬相故鈦合金經離子注入碳也同樣可以強化鈦合金表面但是由于等離子體基離子注入并非連續過程施加每一負脈沖電位時隨著脈沖電位由零下降至谷值再回升至零發生著濺射和注入兩個過程如果等離子體中含有金屬或碳離子時在脈沖電位為零時在一定條件下還會在表面形成單一碳沉積層在一定脈沖電壓（10~30kV）作用下該單一碳層的結構為類金剛石碳（DLC）從而可以獲得比注氮層摩擦系數更低耐磨性更好的表面改性層表面單一碳層經實驗確定其為DLC膜經這樣處理的鈦合金表面硬度提高4倍在同種材料構成摩擦副干摩擦條件下摩擦系數由04下降至01,耐磨性較未離子注入的提高30倍以上
離子束增強沉積（IBED）利用離子束增強沉積（IBED）方法制備了CrC硬質膜可用于鈦合金的微動磨損防護研究表明CrC顯示出最好的微動疲勞特性而噴丸后涂覆的CrC膜則顯示出了最高的微動磨損抗力離子轟擊TC11鈦合金經氮離子轟擊表面處理后表面可獲得由TiN和Ti2N組成的改性層硬度為600~800HV;表面硬度的提高有利于改善TC11鈦合金的耐磨性等離子滲氮與噴丸處理利用直流脈沖等離子電源裝置對Ti6Al4V鈦合金表面滲氮處理采用噴丸形變強化（SP）對滲氮層進行后處理在鈦合金表面獲得由TiNTi2NTi2A1N等相組成的滲氮層該改性層能夠顯著地提高鈦合金常規磨損和微動磨損（FW）抗力但降低了基材的FF抗力滲氮層的減摩和抗磨性能與SP引入的表面殘余壓應力協同作用使鈦合金FF抗力超過了SP單獨作用提高滲氮層韌度對改善鈦合金FF和FW性能均十分重要DLC膜復合碳膜具有獨特的物理力學和化學性能它已被作為眾多的研究對象利用射頻等離子體增強化學氣相沉積法制備類金剛石薄膜其主要目的也是為提高鈦合金的表面硬度和耐摩擦性試驗結果表明膜中鈦含量超過9%,膜的硬度將會下降且膜基結合力強度也是有限的
涂層技術涂層技術是改善鈦合金抗氧化性的有效方法美國一家公司研究出一種改善鈦合金抗氧化性能的新方法在鈦合金基體上加一種均勻的銅合金涂層涂層所用的銅合金可從以下三種組成中選取一種1銅+7%鋁2銅+45%鋁3銅+55%鋁+3%硅涂層是在基體溫度低于619℃的條件下進行涂覆的電鍍在鈦合金表面鍍鎳鍍硬鉻鍍銀等鍍銀目的是提高鈦合金的導電性和釬焊性鈦合金基體上有一層致密的氧化物薄膜電鍍不易進行所以電鍍前必須對鈦合金表面進行預處理
激光淬火據報道鈦合金TC11微動磨損量隨法向載荷和微動幅度的增大而增加激光淬火后鈦合金TC11抗微動磨損能力有所提高其提高幅度與微動幅度大小抗微動磨損能力的改善是激光淬火使組織細化硬度提高的結果激光熔覆航空發動機鈦合金鎳基合金摩擦副的接觸磨損是航空發動機使用中的一大難題利用激光熔覆技術可獲得優良的涂層為燃氣渦輪發動機零件的修復開創了一條新途徑熔覆合金粉末是CoCrW和WC的機械混合物提高了高溫耐磨和抗腐蝕性能技術特點是制備時間短質量穩定并消除了由于熱影響可能產生的裂紋問題
交流微弧氧化微弧氧化（MAO）是一項在金屬表面生長氧化物陶瓷膜的新技術它從陽極氧化發展而來但它施加了幾百伏的高壓突破了陽極氧化對電壓的限制該技術通過微弧放電區瞬間高溫高壓燒結直接把基體金屬變成氧化物陶瓷并獲得較厚的氧化物膜對鈦合金表面微弧氧化膜獲得膜的硬度高并與金屬基體結合良好改善了鈦合金表面的抗磨損抗腐蝕耐熱沖擊及絕緣等性能在許多領域具有應用前景
