鈦合金表面金屬涂層技術(shù)分析_www.nmware.com
鈦合金的表面處理,一般是指處理鈦合金的表面反應(yīng)層,因為表面反應(yīng)層是影響
鈦鑄件理化性能的主要因素,在鈦鑄件研磨拋光前,必須達(dá)到完全去除表面污染層,才能達(dá)到滿意的拋光效果。通過噴砂后酸洗的方法可完全去除鈦的表面反應(yīng)層。1. 噴砂:鈦鑄件的噴砂處理一般選用白剛玉粗噴較好,噴砂的壓力要比非貴金屬者較小,一般控制在0.45Mpa以下。因為,噴射壓力過大時, 砂粒沖擊鈦表面產(chǎn)生激烈火花,溫度升高可與鈦表面發(fā)生反應(yīng),形成二次污染,影響表面質(zhì)量。時間為15~30秒,僅去除鑄件表面的粘砂、表面燒結(jié)層和部分和氧化層即可。其余的表面反應(yīng)層結(jié)構(gòu)宜采用化學(xué)酸洗的方法快速去除。2. 酸洗:酸洗能夠快速完全去除表面反應(yīng)層,而表面不會產(chǎn)生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于鈦的酸洗,但 HF—HCl系酸洗液吸氫量較大,而HF—HNO3系酸洗液吸氫量小,可控制HNO3的濃度減少吸氫,并可對表面進(jìn)行光亮處理,一般HF的濃度在3%~5 %左右,HNO3的濃度在15%~30%左右為宜。
多孔材料是一種新型的結(jié)構(gòu)與功能材料,它可以在較輕的重量下有效地發(fā)揮其力學(xué)性能與結(jié)構(gòu)性能。與實體材料相比,這些特殊的輕質(zhì)材料具有優(yōu)良的綜合力學(xué)性能。鈦及鈦合金具有低密度、高比強(qiáng)度、較寬的工作溫度范圍、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)異性能。多孔泡沫鈦及鈦合金融合了鈦合金與多孔材料的特性,能夠減輕材料的重量而不削弱其強(qiáng)度,同時保持高的韌性和耐腐蝕性。因此,泡沫鈦及其合金在一些特殊領(lǐng)域具有重要的應(yīng)用價值,特別是在生物醫(yī)用行業(yè),由于多孔鈦兼有高生物相容性和優(yōu)秀的機(jī)械性能,所以優(yōu)勢十分明顯。相比整體多孔鈦材,僅在表面進(jìn)行多孔化處理的鈦材具備更高的機(jī)械強(qiáng)度,可承受更大的生理負(fù)荷,因而在醫(yī)學(xué)領(lǐng)域展現(xiàn)出更為廣闊的應(yīng)用前景。
英國近期開發(fā)了一種耐高溫(主要成份為鋁
鈦合金)的金屬涂層技術(shù),用于涂覆“伊麗莎白”號航母飛行甲板——號稱能抗1500度的高溫。而這么做的理由,是F-35B型戰(zhàn)斗機(jī)在垂直降落時,尾噴管的燃?xì)鈺︼w行甲板形成高溫腐蝕效應(yīng)。那么針對這個新聞,我們可以提出三個問題:首先,難道F-35B和航母建造時,就沒有考慮到燃?xì)獾母邷仄茐膯栴}?其次,為什么是用鋁和鈦的合金,真能擋住1500度的溫度嗎?最后,這一改造能提供多長時間的防護(hù)能力?
第一個問題的答案是,考慮過,但實際情況比設(shè)計時糟糕得多。對于F-35B型來說,垂直起降的動力系統(tǒng)上原本有兩種選擇;簡單的方法,是參照雅克141的設(shè)計,在中機(jī)身前方設(shè)置1-2臺簡化結(jié)構(gòu)(比如取消加力燃燒室、簡化壓氣機(jī)級數(shù))的渦輪噴氣發(fā)動機(jī),提供垂直方向上的升力。而復(fù)雜的方法,則是從主發(fā)動機(jī)中用復(fù)雜的傳動機(jī)構(gòu),驅(qū)動風(fēng)扇來吹出足夠的升力。只從飛機(jī)本身的性能來說,雅克141的法子簡單、省事且性能最高——升力發(fā)動機(jī)這種工作時間很短壽命要求不高的東西,推力可以調(diào)教的非??膳?。但是這個路線,實際上是用軍艦設(shè)計制造的復(fù)雜化和對場地的適應(yīng)靈活性為代價,來換取飛機(jī)本身的性能。因為升力發(fā)動機(jī)的燃?xì)鉁囟确浅8?,要承受雅?41這樣的飛機(jī)起降,飛行甲板本身必須是耐熱金屬而且要采用水冷循環(huán)散熱——實際上就是造一個特別大號的鋪平的航母擋流板。F-35B上想繞開這個問題,采用了性能更低、制造更復(fù)雜費錢的升力風(fēng)扇方案;但試飛結(jié)果證明,它沒有完全解決噴流溫度過高的問題,著艦甲板仍然要進(jìn)行一定的強(qiáng)化。
第二個問題的答案,貌似能用得挺久的,據(jù)稱壽命可以達(dá)到50年,航母服役終身不用再維護(hù)。據(jù)說是利用約10000℃的等離子體加熱金屬粉末,熔化后的金屬形成液滴鋪展開來并迅速固化,產(chǎn)生2.5毫米厚的涂層;敷設(shè)面積達(dá)到2000平方米,占飛行甲板總面積的10%左右。
第三個問題的答案是,
鈦-鋁合金依靠高鋁含量,可以在表面連續(xù)形成穩(wěn)定的氧化鋁保護(hù)膜,這是它賴以抵擋高溫氧化(就是英國人嚇得要死的航母甲板腐蝕問題的關(guān)鍵)和鈦起火(再說一次,鈦在高溫下性質(zhì)非?;钴S,耐高溫是鈦合金的劣勢而不是優(yōu)勢)的關(guān)鍵所在。至于抗1500度什么的,那是吹出來的;鈦鋁系高溫鈦合金的工作溫度極限以550度為分水嶺,能到600度的都是性能和價格都非常高的牌號了。再說了F-35B尾噴流哪里來那么高溫度,就是雅克141的升力發(fā)動機(jī)也沒有。