鈦合金化學(xué)氧化到陽極氧化的發(fā)展

鈦與氧能形成多種氧化物，其相容性起至關(guān)重要的作用。采學(xué)化法和大氣加熱氧化法均能使鈦表面生成較厚的鈍化院而增強(qiáng)鈦的耐蝕性，其中以大氣加熱法效果最好。另外，鈦表面不同厚度的氧化膜由于光的干涉會產(chǎn)生不同的顏色。在新鮮的鈦表面可快速形成5～10nm厚的氧化膜。在一定條件下，該氧化膜可以生長。例如，人們發(fā)現(xiàn)在口腔中使用6年的牙種植體表面的氧化膜厚度可以達(dá)到200nm之多。可見鈦表面的氧化物相對于金屬鈦的重要性。用一定的方法增厚鈦表面氧化膜即可提高其包括耐腐蝕性在內(nèi)的多種性能。氧化的方法包括化學(xué)氧化法、大氣加熱氧化法和陽極氧化法。為了提高表面硬度，后面還要重點介紹的是微弧陽極氧化。

化學(xué)氧化法鈍化膜是一般金屬由活化的溶解狀態(tài)轉(zhuǎn)化為鈍態(tài)的過程，稱為鈍化。鈍化現(xiàn)象若是因金屬與鈍化劑的自然作用產(chǎn)生的則稱為“化學(xué)鈍化”。對于鈦而言，在大多數(shù)介質(zhì)中，鈦的鈍化電位E，比氫的標(biāo)準(zhǔn)電極電位還要負(fù)，即使在能溶解鈦的非氧化性酸中（如HCI、H2S04等），只要存在溶解的氧或其他氧化劑，均能使鈦發(fā)生鈍化。硝酸是一種強(qiáng)氧化劑，因而是常用的一種鈍化劑。將鈦浸泡于常溫下的20％～40％硝酸溶液中，至少要30min鈦可被“化學(xué)鈍化”；如溫度在49～60℃，浸泡時間可縮短至20min，鈦即被“化學(xué)鈍化”。通過這種處理方法使鈦表面的氧化膜適當(dāng)加厚，可使其耐腐蝕性增強(qiáng)。
為改善鈦的抗縫隙腐蝕性，選用干燥環(huán)境中與氧反應(yīng)的方法最為適宜：在400~700℃實施大氣加熱氧化時，所能達(dá)到的防縫隙腐蝕效果最佳。鈦之所以在常溫下的空氣中保持穩(wěn)定性，是因為它與氧發(fā)生反應(yīng)，形成一層致密的氧化薄膜，這層表面氧化膜可防止氧繼續(xù)向內(nèi)部擴(kuò)散，具有明顯的保護(hù)作用。鈦在500℃以下的空氣中很穩(wěn)定，在低于100℃時，鈦的氧化反應(yīng)也能進(jìn)行，但很慢。500℃時鈦表面被氧化，隨著溫度的升高，表面氧化膜開始在鈦中溶解，氧開始向金屬內(nèi)部晶格擴(kuò)散，在700℃時，氧還沒有大量進(jìn)入金屬內(nèi)部晶格。超過700℃時，氧向金屬內(nèi)部的擴(kuò)散加速，從而使得表面氧化膜的保護(hù)作用消失了。鈦及鈦合金在特定的溶液中進(jìn)行陽極氧化處理，隨著工藝條件（主要是電壓和時間）的變化，所形成的氧化膜厚度不同，由于光的干涉會產(chǎn)生不同的顏色。鈦陽極氧化技術(shù)工藝成熟，設(shè)備簡單，制備技術(shù)容易掌握，生產(chǎn)規(guī)模便于擴(kuò)展。與化學(xué)鈍化的膜層相比，電化學(xué)陽極氧化制得的膜層具有良好的附著力、厚度和各種優(yōu)良的性能，因此，從20世紀(jì)60年代起，電化學(xué)陽極氧化迅速地發(fā)展起來。鈦的陽極氧化技術(shù)是將鈦材放置在一些氧化性介質(zhì)中，將鈦材定為陽極，在外加電壓的作用下，對鈦材進(jìn)行陽極極化。鈦陽極氧化可形成比空氣中熱氧化厚的氧化膜，從而提高其耐腐蝕性、耐磨性和耐候性。鈦材通過陽極氧化可以達(dá)到多種效果。以往的工藝生成的氧化膜厚度比較薄，通常為300~500nm,達(dá)到提高鈦材性能的效果；近年來，隨著不斷深入地研究，從槽液、電源以及處理工藝上進(jìn)行改進(jìn)，鈦合金陽極氧化的膜層厚度增大，達(dá)到幾微米甚至是幾十微米的厚度。
目前，國內(nèi)外鈦及鈦合金的陽極氧化電解液主要分為三種：酸性、中性和堿性。酸性電解液的各種成分分別是硫酸、磷酸、硼酸、有機(jī)酸以及這些酸的混合酸；堿性電解液由氫氧化鈉配制成；中性電解液是由硫酸鈉、磷酸鈉、鋁酸鈉、鉬酸鈉等鹽類組成。電解液主要成分的選擇和用量與配比，經(jīng)歷了使用大量試驗工作來的。溶演的選擇重要的是保證成服過程的的左在一個動態(tài)平衡，膜形成的速率要高于被溶解的速率。這不是由溶液的組成及其濃度決定的，也與加電的大小及其方式相關(guān)。在電解液的選擇過程中，曾有過使用含氟鉻酸溶液的階段，但隨后的研究表明，這種電解液所形成的膜層雖然很厚，但是疏松多孔。這是由于F離子對氧化產(chǎn)物有強(qiáng)的溶解作用所致。電源的選擇也開展了大量的工作。直流電源的選用可分為恒流陽極氧化和恒壓陽極氧化。恒流陽極氧化比恒壓陽極氧化能獲
得厚度更大的膜層。恒壓陽極氧化的膜層厚度只能達(dá)到幾個納米到幾百個納米，而即使在電流密度較小時（＜1A/d㎡),恒流陽極氧化的膜層厚度也能達(dá)到幾百納米到微米的范圍內(nèi)。由于膜厚的不均勻，此時陽極氧化所形成的膜為干涉膜，其顏色由成膜電壓及膜層的厚度決定。即陽極氧化膜表面與鈦基體表面分別反射出光波，發(fā)生干涉，干涉光的顏色取決于兩束反射光的光程差（膜層厚度）。
鈦的氧化著色與電壓的關(guān)系見表3-11.
表3-11鈦的氧化著色與電壓的關(guān)系 

在鈦及鈦合金的陽極氧化著色試驗中，著色電源的波形對著色膜性能有影響：使用脈沖直流電源、半波整流電源、全波整流電源、平滑直流電源在同種電解液中對同種鈦材進(jìn)行陽極氧化處理時，脈沖直流電源可獲得更好的彩色膜耐腐蝕性和耐磨性。脈沖陽極氧化膜具有致密、硬度高、絕緣性好、無粉化等特點，從而也就提高了鈦合金零件的表面硬度和耐磨性能。用于在其上涂敷有機(jī)涂層，脈沖陽極氧化膜也可以提供出較高的結(jié)合力。此外，脈沖陽極氧化工藝成膜時，鈦合金工件的力學(xué)性能也可以得到保證，包括強(qiáng)度、塑性以及疲勞極限等都不會降低。所有這些益處，都取決于脈沖陽極氧化自身的特點，即可以通過調(diào)整占空比和峰值電流在瞬間給出很大的氧化電流，隨后存在一個間隙時間，對由此產(chǎn)生的后果給以緩沖，不會溶解乃至破壞具有較大絕緣作用的氧化膜。鈦合金陽極氧化工藝方面的研究除了前面所述的對電解液組成及濃度的確定之外，還有對前、后處理方法的研究，電解液溫度的控制，電流密度、氧化時間的選擇，攪拌速度的影響，以及陰陽極面積比的影響等。
針對不同的鈦合金可滿足不同的工程需求，摸索出一整套鈦合金陽極氧化工藝，并得到合格的產(chǎn)品，已在實際中應(yīng)用，這推動著鈦合金陽極氧化技術(shù)的不斷發(fā)展。

億沐鑫新材料公司產(chǎn)品分類：鈦棒、鈦管、鈦板、鈦陽極、鈦箔鈦帶、鈦法蘭、鈦絲、鈦靶材、鈦設(shè)備、鈦餅鈦環(huán)、鈦標(biāo)準(zhǔn)件、鈦加工件