一、表面改性处理

表面改性处理方法指钛材在已经进行浅层次的表面处理的基础上，通过渗（注）入处理、涂镀处理、熔覆处理等方式，使金属钛表面具备耐蚀、耐磨、耐疲劳、电化学等性能的处理方式。

渗入（注入）处理 渗入处理，也即表面化学热处理，是指通过高温下直接接触或较低温度下电化学作用，元素以分子或离子的形式热扩散进入钛材表面，形成化合物膜，改善材料表面特性的方法，常用的有渗氧、渗碳、渗氮、渗硼等，可以提高钛材表面硬度和耐磨性等。注入处理是把气体或金属元素蒸气，在高温、高压电场作用下，发生电离，并经过电场的加速，元素以离子的形式打入钛材料表面、获得化合物膜，改善材料表面性能的方法，已有的有氮、铂、锶、铕或镧等离子的注人，可以提高钛材表面的抗氧化性，耐磨性、抗疲劳性等。此方法也可以结合激光处理技术提高处理效果。

涂镀处理 涂敷处理指将特定的涂敷液，经一定的涂敷工艺对钛材表面处理，通过热氧化作用，多次重复以一定的结合力均匀的将涂层涂敷于钛材表层，常见的活性涂层含有钯、钌、铱等稀贵金属氧化物。电镀处理指在去除氧化层的钛材表层进行电镀处理，以提高其耐蚀、耐磨、耐高温及导电性等的方法，可以通过镀后热处理扩散进一步提高镀层与基体的结合力。电镀处理同样可以结合激光处理技术，从而实现材料表面合金化，获得所需性能。

熔覆处理 也即电子束改性处理。通过高能量密度的电子束轰击钛材表面，使表面局部熔化，并在冷基体的作用下快速凝固，使钛材表面的组织得以细化，减少原始组织纤维偏析，实现硬度和韧性的最佳配合。这种方法可使钛材表面非晶态化，从而提高钛材的耐蚀性能和抗疲劳性能。同时利用真空电子束重熔，在凝固过程中，有利于钛材表面除气，可有效提高改性处理品质。具有相同机理的还有激光熔覆法。

常见的表面改性处理还有以下2种。

①堆焊法 利用等离子转移弧进行钛表面堆焊硬化改性，可以使钛表面具有优良的耐磨性。方法简单，被处理材无需整个高温下暴露，可防止力学性能的下降，但需二次加工，仅局限于处理较厚的大型工件。

②溅射法 利用等离子流高速空气射流，使滴下的熔融金属喷镀在被处理材表面的方法，不需要真空，可在大气中处理，生产效率高，但镀膜的致密度不够。

1. 阳极氧化

对于钛制设备来说，表面氧化处理的主要目的就是解决热盐应力腐蚀。阳极氧化是钛及其合金常用的一种表面防护处理方法。钛的阳极氧化是指将钛做为阳极，18-8不锈钢、银、铂、或钛为阴极，置于合适的电解质溶液中，通以适当电压的直流电流，以电化学方式使钛阳极上生成氧，并与钛阳极表面进行反应形成保护性氧化膜的方法。

钛阳极氧化处理，可使钛不直接与介质接触，借获得的稳定氧化膜防止金属钛腐蚀。氧化膜与基体结合较牢固、有较高的化学稳定性、电导率小、硬度高且耐磨。钛合金阳极氧化膜的用途主要有：膜层黏附性好，可以提高涂料及其他涂层的结合力；防止铁的污染；用于转动配合中耐磨、耐擦伤的表面；用于螺纹紧固件防黏滞；比自然氧化膜具有更高的抗渗氢能力，用于在腐蚀气氛中防止渗氢，增加其耐蚀性；可以呈现各种颜色，是较理想的装饰层和保护层。

阳极化处理方法如下。

① 对钛制零部件的阳极化处理 最简单的阳极化处理方法是在一个盛有10%（NH₄）₂SO₄溶液的碳钢槽内，浸入可拆卸的设备，由一个200A的直流发生器，在40V下通入该系统。该电路已被广泛应用，主要用于钛制零部件及钛制设备，例如作为吸收柱的网篮、夹子、螺栓、螺母、插销、叶轮等，以及搅拌器部件和管子。

② 对较复杂的管子，可采用槽外法对管子内部进行阳极化处理，其方法为:把管子支撑在适当位置上使电解液将管组充满，用绝缘盘封盖其一端，开口端加上塑料环。每段管子装人允许气体通过的多孔金属线，该金属线与管子绝缘。导线一端与电源负极相连，管组与电源正极相连，用此方法可以阳极化处理φ25~300mm直径范围内的各种管子，并且包括具有复杂形式的管子。

2.微弧氧化

微弧氧化(Microare oxidation，MAO)，又称微等离子体氧化(Microplasma oxidtion，MPO)，是指在普通阳极氧化的基础上，利用弧光放电增强并激活在阳极上发生的反应，从而在以钛金属及其合金为材料的工件表面形成优质的强化陶瓷膜的方法，是通过专用的微弧氧化电源在工件上施加电压，使工件表面的金属与电解质溶液相互作用，在工件表面形成微弧放电，在高温、电场等因素的作用下，金属表面形成陶瓷膜，达到工件表面强化的目的。在微弧氧化过程中，化学氧化、电化学氧化、等离子体氧化同时存在，因此陶瓷层的形成过程非常复杂，至今还没有一个合理的模型能全面描述陶瓷层的形成。

微弧氧化工艺将工作区城由普通阳极氧化的法拉第区域引人到高压放电区域，克服了硬质阳极氧化的缺陷，极大地提高了膜层的综合性能。微弧氧化膜层与基体结合牢固，结构致密，韧性高，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性。该技术具有操作简单和易于实现膜层功能调节的特点，而且工艺不复杂，不造成环境污染，是一项全新的绿色环保保型材料表面处理技术，在航空航天、机械、电子、装饰等领域具有广阔的应用前景。

微弧氧化技术的突出特点如下：

① 大幅度地提高了材料的表面硬度，显微硬度在 1000~2000HV，最高可达 3000HV,，可与硬质合金相媲美，大大超过热处理后的高碳钢、高合金钢和高速工具钢的硬度。

② 良好的耐磨损性能。

③ 良好的耐热性及抗腐蚀性。这从根本上克服了铝、镁、钛合金材料在应用中的缺点。因此该技术有广阔的应用前景。

④有良好的绝缘性能，绝缘电阻可达100MΩ。

⑤ 溶液为环保型，符合环保排放要求。

⑥ 工艺稳定可靠，设备简单。

⑦ 反应在常温下进行，操作方便，易于掌握。

⑧ 基体原位生长陶瓷膜，结合牢固，陶瓷膜致密均匀。