鈦合金表面金屬涂層技術分析

中國鐵合金網訊:鈦合金的表面處理，一般是指處理鈦合金的表面反應層，因為表面反應層是影響鈦鑄件理化性能的主要因素，在鈦鑄件研磨拋光前，必須達到完全去除表面污染層，才能達到滿意的拋光效果。通過噴砂后酸洗的方法可完全去除鈦的表面反應層。
1. 噴砂：鈦鑄件的噴砂處理一般選用白剛玉粗噴較好，噴砂的壓力要比非貴金屬者較小，一般控制在0.45Mpa以下。因為，噴射壓力過大時, 砂粒沖擊鈦表面產生激烈火花，溫度升高可與鈦表面發(fā)生反應,形成二次污染，影響表面質量。時間為15~30秒，僅去除鑄件表面的粘砂、表面燒結層和部分和氧化層即可。其余的表面反應層結構宜采用化學酸洗的方法快速去除。
2. 酸洗：酸洗能夠快速完全去除表面反應層，而表面不會產生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于鈦的酸洗，但 HF—HCl系酸洗液吸氫量較大，而HF—HNO3系酸洗液吸氫量小，可控制HNO3的濃度減少吸氫，并可對表面進行光亮處理，一般HF的濃度在3%~5 %左右，HNO3的濃度在15%~30%左右為宜。
多孔材料是一種新型的結構與功能材料，它可以在較輕的重量下有效地發(fā)揮其力學性能與結構性能。與實體材料相比，這些特殊的輕質材料具有優(yōu)良的綜合力學性能。鈦及鈦合金具有低密度、高比強度、較寬的工作溫度范圍、良好的耐腐蝕性和生物相容性等優(yōu)異性能。多孔泡沫鈦及鈦合金融合了鈦合金與多孔材料的特性，能夠減輕材料的重量而不削弱其強度，同時保持高的韌性和耐腐蝕性。因此，泡沫鈦及其合金在一些特殊領域具有重要的應用價值，特別是在生物醫(yī)用行業(yè)，由于多孔鈦兼有高生物相容性和優(yōu)秀的機械性能，所以優(yōu)勢十分明顯。相比整體多孔鈦材，僅在表面進行多孔化處理的鈦材具備更高的機械強度，可承受更大的生理負荷，因而在醫(yī)學領域展現出更為廣闊的應用前景。
英國近期開發(fā)了一種耐高溫（主要成份為鋁鈦合金）的金屬涂層技術，用于涂覆“伊麗莎白”號航母飛行甲板——號稱能抗1500度的高溫。而這么做的理由，是F-35B型戰(zhàn)斗機在垂直降落時，尾噴管的燃氣會對飛行甲板形成高溫腐蝕效應。那么針對這個新聞，我們可以提出三個問題：首先，難道F-35B和航母建造時，就沒有考慮到燃氣的高溫破壞問題？其次，為什么是用鋁和鈦的合金，真能擋住1500度的溫度嗎？最后，這一改造能提供多長時間的防護能力？
第一個問題的答案是，考慮過，但實際情況比設計時糟糕得多。對于F-35B型來說，垂直起降的動力系統(tǒng)上原本有兩種選擇；簡單的方法，是參照雅克141的設計，在中機身前方設置1-2臺簡化結構（比如取消加力燃燒室、簡化壓氣機級數）的渦輪噴氣發(fā)動機，提供垂直方向上的升力。而復雜的方法，則是從主發(fā)動機中用復雜的傳動機構，驅動風扇來吹出足夠的升力。只從飛機本身的性能來說，雅克141的法子簡單、省事且性能最高——升力發(fā)動機這種工作時間很短壽命要求不高的東西，推力可以調教的非?？膳隆５沁@個路線，實際上是用軍艦設計制造的復雜化和對場地的適應靈活性為代價，來換取飛機本身的性能。因為升力發(fā)動機的燃氣溫度非常高，要承受雅克141這樣的飛機起降，飛行甲板本身必須是耐熱金屬而且要采用水冷循環(huán)散熱——實際上就是造一個特別大號的鋪平的航母擋流板。F-35B上想繞開這個問題，采用了性能更低、制造更復雜費錢的升力風扇方案；但試飛結果證明，它沒有完全解決噴流溫度過高的問題，著艦甲板仍然要進行一定的強化。

第二個問題的答案，貌似能用得挺久的，據稱壽命可以達到50年，航母服役終身不用再維護。據說是利用約10000℃的等離子體加熱金屬粉末，熔化后的金屬形成液滴鋪展開來并迅速固化，產生2.5毫米厚的涂層；敷設面積達到2000平方米，占飛行甲板總面積的10%左右。

第三個問題的答案是，鈦-鋁合金依靠高鋁含量，可以在表面連續(xù)形成穩(wěn)定的氧化鋁保護膜，這是它賴以抵擋高溫氧化（就是英國人嚇得要死的航母甲板腐蝕問題的關鍵）和鈦起火（再說一次，鈦在高溫下性質非?；钴S，耐高溫是鈦合金的劣勢而不是優(yōu)勢）的關鍵所在。至于抗1500度什么的，那是吹出來的；鈦鋁系高溫鈦合金的工作溫度極限以550度為分水嶺，能到600度的都是性能和價格都非常高的牌號了。再說了F-35B尾噴流哪里來那么高溫度，就是雅克141的升力發(fā)動機也沒有。

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