任何材料都有它的优缺点,为了进一步达到提高钛合金耐蚀性、耐磨性、抗微动磨损性、高温抗氧化性等目的,对钛合金进行表面处理是进一步扩大钛合金使用范围的有效途径,可以这么说目前对金属的表面处理方法几乎全部应用到了钛合金的表面处理上,包括金属电镀、化学镀、热扩散、阳极氧化、热喷涂、低压离子工艺、电子和激光的表面合金化、非平衡磁控溅射镀膜、离子氮化、PVD法制膜、离子镀膜、纳米技术等等。总体来看在钛合金表面形成TiO、TiN、TiC渗镀层及TiAlN多层纳米膜仍然是重点。
电镀:在钛合金表面镀镍、镀硬铬、镀银等。镀银目的是提高钛合金的导电性和钎焊性。钛合金基体上有一层致密的氧化物薄膜,电镀不易进行,所以电镀前必须对钛合金表面进行预处理。
交流微弧氧化:微弧氧化(MAO)是一项在金属表面生长氧化物陶瓷膜的新技术。它从阳极氧化发展而来,但它施加了几百伏的高压,突破了阳极氧化对电压的限制。该技术通过微弧放电区瞬间高温高压烧结直接把基体金属变成氧化物陶瓷,并获得较厚的氧化物膜。对钛合金表面微弧氧化膜,获得膜的硬度高并与金属基体结合良好。改善了钛合金表面的抗磨损、抗腐蚀、耐热冲击及绝缘等性能,在许多领域具有应用前景。
表面氧化处理:一般钛和钛合金较之常用的生物体用合金CoCr合金和316L不锈钢的耐磨性都较差,而且所产生的磨损粉在生物体内都有可能产生不良影响。因此,新开发的一些生物体用钛合金在生物体内使用之前往往都要采取适当的表面处理,以提高其抗磨性。为此,日本丰桥技术科学大学和大同特殊钢公司研究了一种新开发的生物体用β型钛合金Ti29Nb13Ta46Zr(简称TNTZ合金),采取表面氧化处理提高其表面耐磨性。
离子注入:离子注入与其它表面处理技术
相比显示了诸多优点,与物理或化学气相沉积相比,主要优点在:①膜与基体结合好,抗机械、化学作用不剥落能力强;②注入过程不要求升高基体温度,从而可保持工件几何精度;③工艺重复性好等。许多研究者报道了氮离子注入对Ti6Al4V合金表面成分、组织结构、硬度及摩擦学性能有良好改善效果。
TiC也是超硬相,故钛合金经离子注入碳也同样可以强化钛合金表面。但是由于等离子体基离子注入并非连续过程,施加每一负脉冲电位时,随着脉冲电位由零下降至谷值,再回升至零,发生着溅射和注入两个过程。如果等离子体中含有金属或碳离子时,在脉冲电位为零时,在一定条件下还会在表面形成单一碳沉积层,在一定脉冲电压(10~30kV)作用下,该单一碳层的结构为类金刚石碳(DLC)。从而可以获得比注氮层摩擦系数更低,耐磨性更好的表面改性层。表面单一碳层经实验确定其为DLC膜。经这样处理的钛合金,表面硬度提高4倍,在同种材料构成摩擦副,干摩擦条件下,摩擦系数由0·4下降至0·1,耐磨性较未离子注入的提高30倍以上。
