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鈦金屬的表面處理有哪些方法

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2016-7-28 17:15:46
由于自身具有優良的耐蝕性,一般不進行進一步提高其耐蝕性表面處理,但為了防止鈦在較易受腐蝕的鹽酸、硫酸等非氧化性酸水溶液中的全面腐蝕,防止在NaCl水溶液中的間隙腐蝕和點蝕,有時采用表面處理的方法。
 
大氣氧化處理:鈦在高溫大氣中防置,就使氧化膜增厚,其膜厚隨溫度的升高,時間的延長而增厚。大氣氧化處理對鈦的全面腐蝕、間隙腐蝕都有效,方法比較簡便,但耐久性不十分可靠,這是因為大氣氧化處理僅使氧化膜增厚,純鈦在腐蝕環境中,增厚的氧化膜隨時間的延長而變薄,最終導致腐蝕。其耐蝕性能維持的時間由大氣氧化處理條件(T、t)以及腐蝕環境的苛刻程度所決定的,具體預測這個時間是很困難的。要求長期穩定運轉的部件材料一般不太采用這種方法。
 
貴金屬涂覆:鈦的耐蝕性是依靠表面形成的氧化膜來維持的。這種氧化膜的生成反應,一般由下式表示:Ti +2H2O棗→TiO2 +4H+ +4e?/P>這一反應是陽極反應,因此,只要提高鈦的電位就可使此反應進一步向右方向進行,這意味著的氧化膜的穩定和耐蝕性的提高。但提高鈦電位,必須由對電極,并從外部施加高電壓,同時,在面積大時,施加均一電壓也很困難,所以不常采用。一般,貴金屬在苛刻的環境下,也不腐蝕,顯高電位。利用這一點,在鈦表面涂覆貴金屬,鈦的電位就向貴的一方(電位高的方向),從而提高其耐蝕性。在貴金屬中通常采用較便宜的Pd、Ru或者它們的氧化物(PdO、RuO2)進行鈦的涂覆。在鈦上涂覆貴金屬或其氧化物對改善其耐蝕性及其有效,涂覆處理材料的耐蝕性可與Ti?/FONT>0.15Pd合金匹敵。缺點是在流體或含固形物的流體中長期使用時,貴金屬膜會從鈦表面剝離,盡管這種剝離很少。目前,日本正在開發密和性好的涂覆方法,但成本更高。干式工藝涂覆TiC、TiN膜(CVD、PVD、PCVD):TiC、TiN以及TiCN具有比鈦更優良的耐蝕性,方法有氣體法、CVD、PVD、PCVD氣體法,由于必須在遠高于鈦相變點溫度下加熱,使組織、形狀發生變化等造成制品不能滿足使用要求;而CVD、PVD、PCVD法需要特殊設備而且能批量生產的大型設備正在開發中,成本高。(這些處理方法來提高耐蝕性的甚少,作為提高耐磨性有時采用。Pb+、Pt+注入法(離子束、電子束)離子注入表面改性對提高耐蝕性非常有效,但成本更高,正在研究中,尚未實用化。
 
陽極氧化法:是利用電解作用使金屬表面形成氧化膜過程。鈦和氧的親和性高,在特定的電解液中電解時,隨著工藝條件的變化可獲得各種顏色膜層。陽極氧化著色又稱電解著色。鈦在含氧介質中陽極電解時,在陽極發生氧化反應,鈦和氧結合形成鈦的氧化膜。鈦陽極氧化著色原理是由于氧化膜表面的反射光與氧化膜-鈦界面的內部反射光,發生光的干涉作用而顯色。鈦的陽極氧化著色是電壓依賴性的,在不同電壓下電解時可生成不同厚度的氧化膜,由于光的干涉作用而顯現出不同的顏色。鈦的氧化膜強度較高,化學穩定性好,色彩鮮艷,顏色均勻,工藝簡單,成本低,有較高的裝飾和使用價值。在工業上已用于建筑裝飾材料和各種工藝品的著色。為了改善口腔修復體的美觀,美國學者Wang(1995)進行了對鈦的陽極氧化著色進行了初步研究。在0.1M H2SO4電解液中,在10v、15v、25v的電解電壓下,鈦表面分別出現金黃色、淺藍色和藍色的色調變化。采用10v電壓,對3個單位的鈦制固定橋進行著色試驗得到同樣的金黃色外觀。認為陽極氧化著色法可用于鈦義齒表面著色。其著色工藝和在口腔環境下的腐蝕性和顏色穩定性還有待于進一步研究。
 
氮化法(CVD\PVD\PCVD\離子注入法)(鈦的氮化物為金黃色)。采用輝光放電等離子體滲氮、物理化學氣相沉積、多弧離子鍍、氮離子注入和激光束氮化等現代表面改性與化學熱處理技術,都可在鈦表面形成一層金黃色TiN結構,從而達到表面改性強化的目的。鈦義齒部件經氮化處理后,表面金黃色的氮化層,可改善義齒的美學效果,提高義齒的耐磨、耐蝕等理化性能,但技術復雜,設備昂貴,鈦義齒的加工成本也將更高,表面氮化處理用于鈦義齒的著色與改性,目前,要達到臨床實用化還存在困難。
 
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