一、表面改性處理

表面改性處理方法指鈦材在已經進行淺層次的表面處理的基礎上，通過滲（注）入處理、涂鍍處理、熔覆處理等方式，使金屬鈦表面具備耐蝕、耐磨、耐疲勞、電化學等性能的處理方式。

滲入（注入）處理 滲入處理，也即表面化學熱處理，是指通過高溫下直接接觸或較低溫度下電化學作用，元素以分子或離子的形式熱擴散進入鈦材表面，形成化合物膜，改善材料表面特性的方法，常用的有滲氧、滲碳、滲氮、滲硼等，可以提高鈦材表面硬度和耐磨性等。注入處理是把氣體或金屬元素蒸氣，在高溫、高壓電場作用下，發生電離，并經過電場的加速，元素以離子的形式打入鈦材料表面、獲得化合物膜，改善材料表面性能的方法，已有的有氮、鉑、鍶、銪或鑭等離子的注人，可以提高鈦材表面的抗氧化性，耐磨性、抗疲勞性等。此方法也可以結合激光處理技術提高處理效果。

涂鍍處理 涂敷處理指將特定的涂敷液，經一定的涂敷工藝對鈦材表面處理，通過熱氧化作用，多次重復以一定的結合力均勻的將涂層涂敷于鈦材表層，常見的活性涂層含有鈀、釕、銥等稀貴金屬氧化物。電鍍處理指在去除氧化層的鈦材表層進行電鍍處理，以提高其耐蝕、耐磨、耐高溫及導電性等的方法，可以通過鍍后熱處理擴散進一步提高鍍層與基體的結合力。電鍍處理同樣可以結合激光處理技術，從而實現材料表面合金化，獲得所需性能。

熔覆處理 也即電子束改性處理。通過高能量密度的電子束轟擊鈦材表面，使表面局部熔化，并在冷基體的作用下快速凝固，使鈦材表面的組織得以細化，減少原始組織纖維偏析，實現硬度和韌性的最佳配合。這種方法可使鈦材表面非晶態化，從而提高鈦材的耐蝕性能和抗疲勞性能。同時利用真空電子束重熔，在凝固過程中，有利于鈦材表面除氣，可有效提高改性處理品質。具有相同機理的還有激光熔覆法。

常見的表面改性處理還有以下2種。

①堆焊法 利用等離子轉移弧進行鈦表面堆焊硬化改性，可以使鈦表面具有優良的耐磨性。方法簡單，被處理材無需整個高溫下暴露，可防止力學性能的下降，但需二次加工，僅局限于處理較厚的大型工件。

②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，不需要真空，可在大氣中處理，生產效率高，但鍍膜的致密度不夠。

1. 陽極氧化

對于鈦制設備來說，表面氧化處理的主要目的就是解決熱鹽應力腐蝕。陽極氧化是鈦及其合金常用的一種表面防護處理方法。鈦的陽極氧化是指將鈦做為陽極，18-8不銹鋼、銀、鉑、或鈦為陰極，置于合適的電解質溶液中，通以適當電壓的直流電流，以電化學方式使鈦陽極上生成氧，并與鈦陽極表面進行反應形成保護性氧化膜的方法。

鈦陽極氧化處理，可使鈦不直接與介質接觸，借獲得的穩定氧化膜防止金屬鈦腐蝕。氧化膜與基體結合較牢固、有較高的化學穩定性、電導率小、硬度高且耐磨。鈦合金陽極氧化膜的用途主要有：膜層黏附性好，可以提高涂料及其他涂層的結合力；防止鐵的污染；用于轉動配合中耐磨、耐擦傷的表面；用于螺紋緊固件防黏滯；比自然氧化膜具有更高的抗滲氫能力，用于在腐蝕氣氛中防止滲氫，增加其耐蝕性；可以呈現各種顏色，是較理想的裝飾層和保護層。

陽極化處理方法如下。

① 對鈦制零部件的陽極化處理 最簡單的陽極化處理方法是在一個盛有10%（NH₄）₂SO₄溶液的碳鋼槽內，浸入可拆卸的設備，由一個200A的直流發生器，在40V下通入該系統。該電路已被廣泛應用，主要用于鈦制零部件及鈦制設備，例如作為吸收柱的網籃、夾子、螺栓、螺母、插銷、葉輪等，以及攪拌器部件和管子。

② 對較復雜的管子，可采用槽外法對管子內部進行陽極化處理，其方法為:把管子支撐在適當位置上使電解液將管組充滿，用絕緣盤封蓋其一端，開口端加上塑料環。每段管子裝人允許氣體通過的多孔金屬線，該金屬線與管子絕緣。導線一端與電源負極相連，管組與電源正極相連，用此方法可以陽極化處理φ25~300mm直徑范圍內的各種管子，并且包括具有復雜形式的管子。

2.微弧氧化

微弧氧化(Microare oxidation，MAO)，又稱微等離子體氧化(Microplasma oxidtion，MPO)，是指在普通陽極氧化的基礎上，利用弧光放電增強并激活在陽極上發生的反應，從而在以鈦金屬及其合金為材料的工件表面形成優質的強化陶瓷膜的方法，是通過專用的微弧氧化電源在工件上施加電壓，使工件表面的金屬與電解質溶液相互作用，在工件表面形成微弧放電，在高溫、電場等因素的作用下，金屬表面形成陶瓷膜，達到工件表面強化的目的。在微弧氧化過程中，化學氧化、電化學氧化、等離子體氧化同時存在，因此陶瓷層的形成過程非常復雜，至今還沒有一個合理的模型能全面描述陶瓷層的形成。

微弧氧化工藝將工作區城由普通陽極氧化的法拉第區域引人到高壓放電區域，克服了硬質陽極氧化的缺陷，極大地提高了膜層的綜合性能。微弧氧化膜層與基體結合牢固，結構致密，韌性高，具有良好的耐磨、耐腐蝕、耐高溫沖擊和電絕緣等特性。該技術具有操作簡單和易于實現膜層功能調節的特點，而且工藝不復雜，不造成環境污染，是一項全新的綠色環保保型材料表面處理技術，在航空航天、機械、電子、裝飾等領域具有廣闊的應用前景。

微弧氧化技術的突出特點如下：

① 大幅度地提高了材料的表面硬度，顯微硬度在 1000~2000HV，最高可達 3000HV,，可與硬質合金相媲美，大大超過熱處理后的高碳鋼、高合金鋼和高速工具鋼的硬度。

② 良好的耐磨損性能。

③ 良好的耐熱性及抗腐蝕性。這從根本上克服了鋁、鎂、鈦合金材料在應用中的缺點。因此該技術有廣闊的應用前景。

④有良好的絕緣性能，絕緣電阻可達100MΩ。

⑤ 溶液為環保型，符合環保排放要求。

⑥ 工藝穩定可靠，設備簡單。

⑦ 反應在常溫下進行，操作方便，易于掌握。

⑧ 基體原位生長陶瓷膜，結合牢固，陶瓷膜致密均勻。