鈦合金表面氧化膜低成本化新技術(shù)

鈦合金具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和高強(qiáng)度，在航空航天、國防尖端科技領(lǐng)域和醫(yī)學(xué)等方面均得到廣泛應(yīng)用。但是鈦合金也有不足之處，如抗粘連能力、耐磨性較差，電導(dǎo)率、熱導(dǎo)率低，難以承受釬焊。從目前的研究和應(yīng)用情況來看，對(duì)其進(jìn)行陽極氧化是一種行之有效的方法。鈦合金陽極氧化膜具有比鈦更高的硬度、強(qiáng)度、耐蝕性及耐磨性,并且隨著膜層厚度的變化，其表面可呈現(xiàn)出各種顏色，是理想的裝飾層和保護(hù)層。

我國TC4鈦合金的研制與應(yīng)用始于20世紀(jì)60年代。目前，對(duì)TC4鈦合金的研究正向著高性能、低成本化方向發(fā)展，但在追求某一性能指標(biāo)的同時(shí)，還需與其它性能相匹配，以確保得到優(yōu)異的綜合性能。在航空航天工業(yè)，一直追求零件的長疲勞使用壽命，這要求強(qiáng)度、塑性、韌性等的良好匹配性，而晶粒細(xì)化就是改善鈦合金使用性能的一種重要途徑。

TC4鈦合金在航空航天、生物工程、能源化工等領(lǐng)域顯示出其比強(qiáng)度、耐蝕性等優(yōu)勢(shì)。這項(xiàng)技術(shù)成本較低，對(duì)環(huán)境友好；氧化膜層色彩鮮艷均勻，結(jié)合力和耐腐蝕性好；適用溫度范圍較廣，無需加熱和致冷設(shè)備，且顏色較易控制。低能強(qiáng)流脈沖電子束(LEHCPEB)是近年來出現(xiàn)的一種新的表面改性技術(shù)。在脈沖電子束轟擊材料的瞬時(shí)過程中，較高的能量(108～109W/cm2)在非常短的時(shí)間內(nèi)(幾納秒到幾微秒)作用在材料的表層，造成材料表面極為快速的加熱和冷卻，甚至使材料表層熔化、蒸發(fā)并快速凝固，在此過程中誘發(fā)的應(yīng)力場(chǎng)能夠引起材料表面快速而強(qiáng)烈的變形，從而造成特殊的改性效果。
a.脈沖電子束改性TC4鈦合金試樣可分為熔化相變層、熱影響層和基體三個(gè)區(qū)域;
b.脈沖電子束改性后試樣表面層的晶粒發(fā)生細(xì)化，提高了材料表層的硬度;
c.脈沖電子束改性處理使試樣產(chǎn)生點(diǎn)陣畸變;
d.熔化相變層中的晶粒細(xì)化機(jī)制是脈沖電子束改性時(shí)隨著溫度的快速升高，表面層發(fā)生熔化后的重新結(jié)晶以及α相在β相中的析出。
疲勞裂紋常常在表面萌生，采用晶粒細(xì)化來提高疲勞抗力是近年來的關(guān)注焦點(diǎn)。雖然采用傳統(tǒng)的噴丸、滾壓和擠壓等強(qiáng)化方法可以使表層組織結(jié)構(gòu)發(fā)生變化，但將產(chǎn)生加工硬化使塑性降低，因此需要研究新的表面強(qiáng)化改性工藝方法以改善材料的疲勞使用性能。