任何材料都有它的優缺點,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。總體來看在鈦合金表面形成TiO、TiN、TiC滲鍍層及TiAlN多層納米膜仍然是重點。
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。
表面氧化處理:一般鈦和鈦合金較之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。為此,日本豐橋技術科學大學和大同特殊鋼公司研究了一種新開發的生物體用β型鈦合金Ti29Nb13Ta46Zr(簡稱TNTZ合金),采取表面氧化處理提高其表面耐磨性。
離子注入: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0·4下降至0·1,耐磨性較未離子注入的提高30倍以上。