钛及钛合金热氧化工艺的研究现状

钛及钛合金具有良好的综合性能,但是由于本身的磨损性能差、生物活性低等缺点限制了其在某些方面的应用,而热氧化处理是近年来一种简单有效的提高钛及钛合金表面性能的改性方法。本文介绍了热氧化处理的基本原理和工艺,概述了纯钛及钛合金的热氧化处理工艺现状,分析了影响热氧化工艺的因素,并对纯钛及钛合金的热氧化工艺前景作了展望。     

热氧化提高钛及钛合金表面性能的研究进展

热氧化作为一种引起广泛关注的钛及钛合金表面改性技术,具有工艺简单、原位生长、薄膜厚度大以及性价比高等特点。通过热氧化表面处理技术能够在钛及钛合金表面形成较厚的由钛氧化层和氧的扩散层组成的硬质氧化膜,氧化膜对材料起到有效的保护作用,提高了材料单一耐磨性、耐蚀性以及生物活性或综合表面性能。从热氧化工艺原理及其对钛及钛合金表面性能影响的角度,综述了热氧化对钛及钛合金表面硬度、耐磨性、耐蚀性、生物相容性等性能影响的研究进展,并对其以后的研究方向进行了展望。通过合理控制氧化温度、氧化时间、氧化气氛及冷却方式等工艺条件,从而得到连续、致密且疲劳性能较好的金红石型TiO_2和氧的扩散层是改善钛及钛合金性能的关键。将热氧化处理与其他工艺相结合,针对性地提高膜层厚度及材料的耐磨性、耐蚀性、生物性能等,以实现复合涂层的制备将是热氧化在钛及钛合金性能改善方面的研究方向。     

TC4合金热氧化行为的研究

为提高钛合金的表面硬度和耐磨性能,采用表面改性热氧化技术在钛合金表面自生成陶瓷层。用金相显微镜及粗糙度测试仪研究了氧化膜的表面形貌,用显微硬度计分析了试样表面的硬度情况,电子探针研究了涂层成分沿断面分布的情况。结果表明：高温钛合金的氧化层由TiO2和其外表面的一薄层Al2O3所组成,使表面的硬度得到显著的提高。     

钛及钛合金高温氧化行为研究

对工业纯钛TA2、TC4及Ti60合金分别在600、700、800℃进行氧化,得到氧化增重曲线。利用SEM、XRD等手段对氧化表面形貌、氧化产物构成及分布进行研究并分析了3种钛材在不同温度下的氧化机制。结果表明:随着温度升高,TA2、TC4以及Ti60三种钛材的抗氧化能力均有所下降,且抗氧化能力由强到弱依次为Ti60TA2TC4。工业纯钛TA2的氧化产物为TiO_2,TC4合金在600℃氧化产物为TiO_2,700、800℃为TiO_2/Al_2O_3,Ti60合金氧化产物为TiO_2/Al_2O_3。TA2和TC4钛合金在600℃时的氧化反应均受扩散过程控制,随温度升高(700、800℃),逐渐转变为界面反应控制。由于氧化产物组织结构疏松且Al_2O_3、TiO_2和基体由于热膨胀系数不同导致的应力,TC4合金氧化膜易剥落,抗氧化能力较差。Ti60合金在700、800℃的氧化反应也受扩散过程控制,Zr、Si及稀土元素的添加得到保护能力较强的致密氧化膜Al_2O_3,抗氧化能力较好。然而800℃时,富Sn、Nd相的析出诱导氧化膜剥离,抗氧化能力有所下降。     

钛及钛合金的缝隙腐蚀行为

采用标准评价方法研究了工业纯钛和6种不同成分钛合金的缝隙腐蚀行为。缝隙由聚四氟乙烯垫片、螺栓和螺帽按统一次序和力矩组装而成。结果表明,在苛刻环境下(5mol.L-1 NaCl,pH2.8～3.2,沸腾状态)经过60d缝隙腐蚀试验,钛合金发生缝隙腐蚀的程度与钛合金材料有关,其中TiNi较为严重,TA7,TC4,TA2和Ti35较耐蚀,TA9和TA10具有良好的耐缝隙腐蚀性能。     

钛及钛合金粉末的制备现状

钛及钛合金具有优良的综合力学性能，在航空航天、航海、化工等领域得到日益广泛的应用。用粉末冶金法制造零部件，材料的利用率几乎可以达到100％，是降低钛及钛合金零部件生产成本的重要途径。本文评述了钛及钛合金粉末的制备技术及其现状,指出HDH钛粉和雾化钛粉是当今工业中主要应用的钛粉。伴随着钛粉末制备技术的成熟与发展，还原法直接生产钛粉和新兴的TiO2熔盐电解法生产钛粉，将成为制备低成本、高性能钛粉新的工业生产方法，是降低钛粉末冶金零部件成本的新的发展方向。元素混合法制备钛合金粉，因其较预合金化法成本低廉，工艺成熟。且性能优越，必将成为钛合金粉的主要生产方法。     

钛及钛合金的相变软化行为

20世纪80年代,Yada等人对传统钢在A_(e3)温度以上进行挤压和轧制试验时,首次提出了奥氏体向铁素体发生动态相变的观点。经过20多年的发展,钢动态相变的驱动力被证实来源于相变软化——高流变应力的奥氏体转变成低流变应力的铁素体。这种变形诱导相变发生的现象在钛合金中也有存在,但对该现象目前没有一个明确的解释。为此,对3种钛及钛合金的变形行为进行了深入研究,对产生     

钛及钛合金铸造工业的现状与展望

众所周知，铁具有强度高、密度小、耐腐蚀、无磁等一系列特点．在现代航空航天、航海工业以及石油化工、食品工业、造纸工业、海洋工程、医疗卫生和体育运动等方面应用的研究，已得到世界各国的广泛重视，且发展迅速．钛及其合金的利用，可以有效提高航空航天器、航海装备以及耐位系统的性能和延长寿命．但是，伏的原料较贵，加工生产中又要求有特殊的条件和环境，因而使钛材及钛设备的生产成本很高，限制了钛的推广应用．采用近净成形技术，特别是钛的真空铸造技术，可以有效地减少材料消耗，例低生产成本．自从1956年美因0＿创移动岗）冶…     

钛及钛合金的挤压

挤压法在金属压力加工中出现的比较晚.据文献记载,大约在1797年国外出现了第一台挤压设备.限于当时的技术和工具材料水平,还只能挤压象铅、锡这样一类低熔点的软金属.过了差不多一百年,到1894年才出现了挤压黄铜的挤压机.此     

钛及钛合金的焊接

工业纯钛及α钛合金的焊接组织在常温下是单相,根据冷却速度的不同,生成锯齿状或针状组织。各种机械性能与基材相比没有大的变化,焊接性能良好。α β钛合金在从β相冷却的过程中,形成马氏体(α'相),α'相的数量和性质按合金组成和冷却速度而变化。一般情况下,随α'相的增加,合金的延性、韧性降低。即使是焊接性良好的Ti-6Al-4V,当β稳定元素含量大于3%或含钒5%以上时,焊接性能下降。β钛合金的马氏体生成温度低于室温,焊缝处是亚稳β相,所以焊接性不怎么劣化。但因合金元素添加量多,往往缺乏延性。另外,时效和冷加工使合金…     

钛及钛合金在我国口腔医学中应用研究现状

1993年10月19～22日,在西安召开的中华医学会口腔科学会修复学组第二届学术会议上,交流的文章中有关钛及钛合金在口腔修复医学中应用研究类文章共24篇,内容涉及烤瓷、计算机辅助设计和计算机辅助制造(CAD/CAM)、口腔种植、Ti-6A1-4V合金超塑性成形、精密铸造、钛合金铸件抛光等内容.     

钛及钛合金在牙科领域中的研究现状

综述了牙科用钛及钛合金开发、物理力学性能、钛合金烤瓷、成形技术、设备及表面处理等方面的研究现状，指出了目前该类材料存在的问题及努力的方向。     

钛基热氧化对钛阳极组织与性能的影响

将工业纯钛TA1在400～800 ℃热氧化1 h,然后用热分解方法制备RuO230%-TiO270%涂层.通过XRD、SEM分析了热氧化处理后钛基体及所制备电极的组织结构和形貌特征,采用极化曲线和循环伏安两种方法评定电极的电催化性能,用强化测试研究了这几种电极的稳定性.结果表明,随着热氧化温度的升高,基体表面的组织结构和形貌会发生变化;对应于制备的电极的电催化活性和稳定性也发生明显的变化,600 ℃以下热氧化基体制备的电极各项性能较好,500 ℃是最好的热氧化温度,制备的电极电催化活性和稳定性最好.     

钛及钛合金的热处理

钛及钛合金通过程序控制技术和各种热处理工艺可获得不同特性的产品 ,表 1～表4列出了工业纯钛及部分钛合金的热处理工艺。表 1　工业纯钛和部分钛合金的 β相变温度合　金β相变温度℃ ,± 1 5° ,± 2 5°工业纯钛 ,0 2 5%O2 最大 91 0 1 6 75工业纯钛 ,0 4 %O2 最大 94 51 735α或近α合金Ti 5Al 2 5Sn 1 0 50 1 92 5Ti 8Al 1Mo 1V 1 0 4 0 1 90 0Ti 2 5Cu (IMI 2 30 ) 8951 6 45Ti 6Al 2Sn 4Zr 2Mo 9951 82 0Ti 6Al 5Zr 0 5Mo 0 2Si(IMI 6 85) 1 0 2 0 1 870Ti 5 5Al 3 5Sn 3Zr 1Nb 0 3Mo 0 3Si (IMI 82 9) 1 0…     

钛及钛合金的切削加工

钛及钛合金具有重量轻、强度高、耐腐蚀性强等优良的性能,因而在工业中得到了广泛的应用,但钛合金的导热性能很差,在切削时,钛屑易粘附在刀具的切削刃上,并随着温度的升高而加剧,特别是在刀具磨钝时,切削区就会产生高温,钛屑会牢固地焊在刀具的切削刃上,使刀具丧失切削能力.另外,由于钛合金的弹性模量很低,大约是钢的1/2,     

钛及钛合金着色工艺及色膜性能研究

研究了钛及钛合金阳极氧化着色工艺参数对氧化膜性能的影响；重点研究了不同波形电源、不同配方电解液成分对着色膜的结合强度，耐腐蚀性及耐磨性能的影响.      

钛和钛合金生物活化研究现状

金属钛及其合金在人体硬组织替换中具有广泛的应用。为改善其表面性能，使其具有表面生物活性，研究发展了多种生物活化方法。包括物理法、化学法和电化学法3大类。本文对钛及钛合金种植体的各种表面活化方法进行了综述。阐述了各种方法进行钛及钛合金表面活化的工艺过程及其活化机理，分别指出了各种方法的优缺点。与物理法相比，化学法具有设备和操作简单、易形成均匀涂层、结构和成分与自然骨相似等优点。对化学法，还需要进一步提高效率，提高涂层与基体之间的结合强度，并对其长期植入效果及其活化机理进行深入研究。