鈦棒表面耐蝕耐磨處理的研究

由于鈦自身具有優(yōu)良的耐蝕性，一般不進行進一步提高其耐蝕性表面處理，但為了防止鈦在較易受腐蝕的鹽酸、硫酸等非氧化性酸水溶液中的全面腐蝕，防止在NaCl水溶液中的間隙腐蝕和點蝕，有時采用表面處理的方法。大氣氧化處理：鈦在高溫大氣中防置，就使氧化膜增厚，其膜厚隨溫度的升高，時間的延長而增厚。大氣氧化處理對鈦的全面腐蝕、間隙腐蝕都有效，方法比較簡便，但耐久性不十分可靠，這是因為大氣氧化處理僅使氧化膜增厚，純鈦在腐蝕環(huán)境中，增厚的氧化膜隨時間的延長而變薄，最終導致腐蝕。其耐蝕性能維持的時間由大氣氧化處理條件（T、t）以及腐蝕環(huán)境的苛刻程度所決定的，具體預測這個時間是很困難的。要求長期穩(wěn)定運轉(zhuǎn)的部件材料一般不太采用這種方法。

鈦的缺點就是耐磨性差，表面易產(chǎn)生麻面等缺陷，目前，難以適用于滑動機械部件。目前正在積極研究開發(fā)種種表面處理方法。適用于鈦表面處理的方法有鍍Cr、Ni為代表的濕式鍍膜法、熱擴散法、堆焊法和濺射法等，最近比較先進的方法是CVD、PVD、PCVD表面強化法。1.濕式鍍膜：主要用鍍Cr、Ni-P法，（直接在鈦棒上鍍Cr困難，通常在鈦棒先鍍Ni，再鍍Cr。電解法成膜速度快，厚度數(shù)微米，（裝飾性鍍層僅1um）。是一種有效的耐磨表面處理方法。2.熱擴散法：廣泛用于鋼鐵材料的硬化處理的滲碳、氮化及硼化等熱擴散工藝，最近也被用于鈦。主要介紹一下離子氮化法 與氣體氮化不同，是采用輝光放電等離子體破壞鈦表面氧化膜，因此氮化前處理，不須除去氧化膜的機械研磨、酸洗，而且氮化效率高。鈦在850度，氮化膜厚從0.7um增至5.0um，表面硬度達1200—1600Hv，具有良好的耐膜性。3.堆焊法：利用等離子轉(zhuǎn)移弧進行鈦板表面堆焊硬化改性也具有優(yōu)良的耐磨性。方法簡單，被處理材無須整個高溫下暴露，可防止力學性能的下降，。但須二次加工。僅局現(xiàn)于處理較厚的大型工件。4.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，不須真空，可在大氣中處理，生產(chǎn)效率高。但鍍膜的密合度不夠。

貴金屬涂覆：鈦的耐蝕性是依靠表面形成的氧化膜來維持的。這種氧化膜的生成反應，一般由下式表示：Ti+2H2O→TiO2 +4H+ +4e 這一反應是陽極反應，因此，只要提高鈦的電位就可使此反應進一步向右方向進行，這意味著鈦的氧化膜的穩(wěn)定和耐蝕性的提高。但提高鈦電位，必須由對電極，并從外部施加高電壓，同時，在面積大時，施加均一電壓也很困難，所以不常采用。一般，貴金屬在苛刻的環(huán)境下，也不腐蝕，顯高電位。利用這一點，在鈦表面涂覆貴金屬，鈦的電位就向貴的一方（電位高的方向），從而提高其耐蝕性。在貴金屬中通常采用較便宜的Pd、Ru或者它們的氧化物（PdO、RuO2）進行鈦的涂覆。在鈦上涂覆貴金屬或其氧化物對改善其耐蝕性及其有效，涂覆處理材料的耐蝕性可與Ti/FONT>0.15Pd合金匹敵。缺點是在流體或含固形物的流體中長期使用時，貴金屬膜會從鈦表面剝離，盡管這種剝離很少。目前，日本正在開發(fā)密和性好的涂覆方法，但成本更高。氣體法，由于必須在遠高于鈦相變點溫度下加熱，使組織、形狀發(fā)生變化等造成制品不能滿足使用要求；而CVD、PVD、PCVD法需要特殊設備而且能批量生產(chǎn)的大型設備正在開發(fā)中，成本高。（這些處理方法來提高耐蝕性的甚少，作為提高耐磨性有時采用。Pb+、Pt+注入法（離子束、電子束）離子注入表面改性對提高耐蝕性非常有效，但成本更高，正在研究中，尚未實用化。