钛合金微弧氧化电解液及添加剂的研究进展

钛合金阳极氧化

钛合金阳极氧化 钛是地壳中储量较丰富的元素之一，它在地壳中的丰度约为0.64%，在结构金属中仅次于铝、镁和铁居第四位，1791 年英国矿物爱好者W.Gregoy 在黑色磁铁矿中发现了化学元素Ti，在分析这种钛铁矿时把它称为Menachanite；1795 年，德国化学家Klaproth 在分析匈牙利Boinik 出产的一种红金石时，发现一种新的金属，称其为titanium。钛及钛合金在工程上应用较晚，直到1952 年才正式作为结构材料使用，这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力，并易产生化学作用，致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。近年来钛及钛合金因其具有优良的机械性能在现代工业中得到了广泛应用。 钛合金作为工程结构材料，与其它金属相比，钛合金具有密度小，相当于铁的57%；比强度高，如Ti-6A1-4V 钛合金的比强度为21.7，而LY12 铝合金为16.7；高耐酸性，纯钛在硝酸以及在常温5 %以下的硫酸、盐酸、磷酸中有较好的耐腐蚀性，在海水中几乎不被腐蚀；同时钛合金拥有优良的高、低温力学性能，TC11钛合金能在600 ℃的高温下长期稳定工作，在-200 ℃低温下仍能保持很好的塑性；另外，钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。 钛及其合金作为21 世纪最重要的工程金属，以其优异的性能而被广泛用于航空航天、舰船、汽车、医疗、化工等行业。但钛合金不耐磨，与其它金属易产生接触腐蚀等问题限制了其应用范围。因此适当的表面处理以增强钛合金的耐蚀性、耐磨性及装饰性具有重要的现实意义。传统的钛合金表面处理技术有许多不足之处，例如，工艺复杂、成本高、电解液对环境不友好等。 钛合金的特性 (1)钛合会的最主要性能之一是密度小，比强度高。钛的密度为4．5 g／cm 3，在常用金属中只有铝的密度为2．7 g／cm’比它轻，但铝合金的强度较低，而低碳锏7．86 g／ca。、不锈钢8 0 g／cm、铜8 9 g／cm，都比钛要高。由于钛合金的高比强度，用钛合金代替钢和铝合金降低机体结构重量是相当可观的，同时它是缩小结构体积的优选材料，在相同空间尺寸条件下，使它能够代替那些因空间受限的铝合金及钢构件，这对于提高飞机结构寿命及性能具有重要意义。 (2)钛及其合金另一个突出的性能是其优良的抗蚀性。金属的抗腐蚀性能与金属的固有性质有关，各种金属的热力学稳定性，可以根据它们的标准平衡电位来大致评定，一般来说，标准平衡电位越高(即越正)、标志该金属热力学稳定性越高，金属离子化倾向越小，越不易受到腐蚀；反之同理。虽然钛是一种化学性质比较活泼的余属，其标准平衡电位较低(负)，在介质中的热力学腐蚀倾向大，但实际上钛在许多介质中是很稳定的，这是因为它的钝化倾向很强，与氧有很大的亲和力，在空气中或含氧的介质中氧化，钛表面生成一层具有很好的耐腐蚀性能的氧化膜，阻隔了钛及其合金基体进一步氧化腐蚀，这就决定了钛及其合金具有很好的化学腐蚀抗力。同时，由于钛及其合金表面形成了这一层具有良好防护性能并且电阻率较高的表面膜，钛合金的电化学腐蚀抗力实际上也表现为该表面膜的电化学腐蚀抗力，因此，钛及其钛合金具有优异的电化学腐蚀抗力。 (3)钛合金与复合材料有很好的相溶性。出于复合材料具有高比强度、高比刚度、耐疲劳胜能好、工艺性好等优点，随着先进复合材料设计及工艺技术的日趋成熟，和钛合会一样，先进复合材料尤其是碳纤维环氧复合材料(GECM)的应用F1益增长，已用于多种飞机的垂尾、方向舵、机翼等重要结构。由于碳纤维独特的电化学性能，其电极电位较正，与偶接金属材料电连接后，在腐蚀介质中会导致电极电位较负的金属腐蚀速率加快。

钛合金的微弧氧化

轻金属表表面处理 0908030227 彭睿

钛合金的微弧氧化 关键词钛合金微弧氧化氧化膜 摘要：着科学技术的发展与进步，钛及其合金的应用越来越广泛，虽然它们具有很多优良的性能，但其表面的耐磨、耐蚀性能还不能满足某些关键零部件的要求，尤其在航天、航空领域，微弧氧化技术的出现则较好地解决了这个问题。本文介绍了钛合金的微弧氧化基本原理、氧化膜特点、对氧化膜的影响因素、以及发展前景和一些问题。 前言：钛合金是一种以钛为基加入适量其他合金元素组成的合金，耐海水腐蚀性能优异。它具有重量轻、比强度大、热稳定性好等优良的综合性能，广泛应用于航空、航天以及民用工业中。但美中不足的是钛合金的表面硬度较低、耐磨性及耐腐蚀较差，特别是钛合金与其它金属接触时很容易发生接触腐蚀，严重制约了其进一步应用，为此国内外先后对钛合金表面进行了改性研究，以提高其表面性能。传统的表面改性技术有阳极氧化、PVD／CVD、离子注入、热喷涂及热氧化法等。钛合金阳极氧化膜厚度一般小于1um，达到2～3um已属不易，而且硬度较低，因此有必要发展新的低成本高性能的涂层制备技术。微弧氧化这一高新技术综合地解决了上述难题。微弧氧化又称微等离子体氧化，是通过电解液与相应电参数的组合，在铝、镁、钛及其合金表面依靠弧光放电产生的瞬时高温高压作用，生长出以基体金属氧化物为主的陶瓷膜层。 微弧氧化的概况 早在20世纪30年代初德国科学家A．Gunterschulze和H．Betz第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用，在没有发现产生硬质层的条件下，做出了“为了得到高质量的涂层，就不应该用高于出现火花时的电压”的结论，但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。这一观点一直延续到20世纪70年代，尽管少数学者对这一现象持保留观点，但始终没能彻底改变这个结论。1969年，前苏联科学家G．A．Markov在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时，突破性地获得了高质量的氧化膜，这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性，他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化(Microarc Oxidation，MAO)。此后G．A．．Markov课题组进行大量基础性研究，并在此基础上进行了应用研究。期间美国、德国对此技术也进行广泛的研究，其中包括实际应用。从文献上看，美国、德国、前苏联三国基本上各自独立地发展这项技术，相互之间文献引用很少№’7J。这一技术在20世纪80年代开始在世界范围内进行广泛交流。进入20世纪90年代，美国、德国、俄国、日本等国都加快了该项技术的研究开发工作。从文献看，所用电源模式各异，但研究结果表明，使用交流电源，在铝、镁、钛等合金表面生长的氧化膜的性能好于直流电源，因此交流模式是当今微弧氧化技术的重要发展方向。从前苏联到今天的俄罗斯，在该项技术上的研究与开发应用一直处于世界领先地位，在机理上提出了自己的理论，并且已成功应用于许多工业领域，如航空、纺织、石油、交通等部门。 其它国家如美国、德国等在该项技术上的研究及应用也有较高的水平。从20世纪90年代国内开始关注此项技术，主要有哈尔滨工业大学、北京师范大学、西

铝及铝合金的微弧氧化技术

铝及铝合金的微弧氧化技术 1.技术内容及技术关键 (1)微弧氧化技术的内容和工艺流程 铝及铝合金材料的微弧氧化技术内容主要包括铝基材料的前处理；微 弧氧化；后处理三部分。其工艺流程如下：铝基工件7化学除油7清洗7微弧氧化7清洗7后处理7成品检验。 (2)微弧氧化电解液组成及工艺条件 例1.电解液组成：K2SiO3 砂10g/L, Na2O2 4?6g/L, NaF 0.5? 1g/L, CH3COONa 23g/L, Na3VO3 1 ?3g/L;溶液pH 为11 ?13;温度为20?50 C;阴极材料为不锈钢板；电解方式为先将电压迅速上升至300V,并保持5?10S,然后将阳极氧化电压上升至450V,电解5?10min。例2两步电解法，第一步：将铝基工件在200g/L的K2O?nSiO2 (钾水玻璃)水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化5min; 第二步：将经第一步微弧氧化后的铝基工件水洗后在 70g/L的 Na3P2O7水溶液中以1A/dm2的阳极电流氧化15min。阴极材料为：不锈钢 板；溶液温度为20?50 C o (3)影响因素 ①合金材料 及表面状态的影响：微弧氧化技术对铝基工件的合金成分要求不高，对一些普通阳极氧化难以处理的铝合金材料，如含铜、 高硅铸铝合金的均可进行微弧氧化处理。对工件表面状态也要求不高，一般不需进行表面抛光处理。对于粗糙度较高的工件，经微弧氧化处理后表面得

到修复变得更均匀平整；而对于粗糙度较低的工件, 经微弧氧化后，表面粗糙度有所提高。 ②电解质溶液及其组分的影响：微弧氧化电解液是获到合格膜层的技术关键。不同的电解液成分及氧化工艺参数，所得膜层的性质也不同。微弧氧化电解液多采用含有一定金属或非金属氧化物碱性盐溶液（如硅酸盐、磷酸盐、硼酸盐等），其在溶液中的存在形式最好是胶体状态。溶液的pH 范围一般在9?13之间。根据膜层性质的需要，可添加一些有机或无机盐类作为辅助添加剂。在相同的微弧电解电压下，电解质浓度越大，成膜速度就越快，溶液温度上升越慢，反之， 成膜速度较慢，溶液温度上升较快。 ③氧化电压及电流密度的影响：微弧氧化电压和电流密度的控制 对获取合格膜层同样至关重要。不同的铝基材料和不同的氧化电解液，具有不同的微弧放电击穿电压（击穿电压：工件表面刚刚产生微弧放电的电解电压），微弧氧化电压一般控制在大于击穿电压几十至上百伏的条件进行。氧化电压不同，所形成的陶瓷膜性能、表面状态和膜厚不同，根据对膜层性能的要求和不同的工艺条件，微弧氧化电压可在200?600V范围内变化。微弧氧化可采用控制电压法或控制电流法进行，控制电压进行微弧氧化时，电压值一般分段控制，即先在一定的阳极电压下使铝基表面形成一定厚度的绝缘氧化膜层；然后增加电压至一定值进行微弧氧化。当微弧氧化电压刚刚达到控制值时， 通过的氧化电流一般都较大，可达10A/dm2左右，随着氧化时间的延长，陶瓷氧化膜不断形成与完善，氧化电流逐渐减小，最后小于

【CN110016707A】镁合金微弧氧化方法及微弧氧化含铁电解液的制备方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910372634.2 (22)申请日 2019.05.06 (71)申请人 北京科技大学 地址 100083 北京市海淀区学院路30号 (72)发明人 王旭东　宋泽凯　 (74)专利代理机构 北京市广友专利事务所有限 责任公司 11237 代理人 张仲波 (51)Int.Cl. C25D 11/30(2006.01) (54)发明名称镁合金微弧氧化方法及微弧氧化含铁电解液的制备方法(57)摘要一种镁合金微弧氧化方法及微弧氧化含铁电解液的制备方法。镁合金微弧氧化包括前处理、微弧氧化和后处理三个步骤。微弧氧化含铁电解液组分包括如下：磷酸盐10-60g/L，强碱1-6g/L，络合剂2-10g/L，含铁电解质5-20g/L。所述络合剂为葡萄糖酸钾、三乙醇胺或山梨醇，含铁电解质为草酸铁钾、柠檬酸铁或硫酸亚铁。该电解液稳定性好，在碱性环境下溶液依旧保持稳定不产生沉淀。本发明使用有机络合剂来取代传统的有毒氰化物，而且组分简单，成本低，易于制备，使用寿命长，对环境污染小。采用该电解液对镁合金进行微弧氧化处理，可在镁合金表面制得含铁黑色涂层，涂层厚度均匀，表面光滑，具有良好的均匀性和致密性，本方法所采用的原材料容易获得， 适合大规模的工业化生产。权利要求书1页 说明书3页 附图3页CN 110016707 A 2019.07.16 C N 110016707 A

权　利　要　求　书1/1页CN 110016707 A 1.一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于包括如下步骤： 1)前处理：对镁合金进行打磨，碱洗，干燥；碱洗溶液为30～60g/L十二水磷酸钠，20～80g/L氢氧化钠，0.7～1.5ml/L OP-10润湿剂，溶液操作温度为60～80℃，处理时间8～15min； 2)微弧氧化：将前处理好的镁合金浸入微弧氧化含铁电解液中，使用双脉冲电源进行微弧氧化处理； 3)后处理：对微弧氧化后的镁合金试样进行冲洗，干燥。 2.根据权利要求1所述的一种镁合金微弧氧化方法，其特征在于：采用螺纹连接的方式，在所述镁合金上打上螺纹孔，使镁合金与铝导线相连接，连接用铝导线其余部位，尤其是与电解液液面以下部位，使用绝缘皮将铝导线与电解液隔离，避免铝导线产生起弧现象。 3.如权利要求1所述的镁合金微弧氧化方法，其特征在于：微弧氧化电源为双脉冲电源，微弧氧化选择恒压模式，正电压为300-450V，负电压为20-60V，正负脉冲比为1:1，频率为50-400Hz，正负占空比相同8％-30％，氧化时间10-20min，电解液温度保持在30-35℃。 4.如权利要求1所述的镁合金微弧氧化方法，其特征在于：所制得的微弧氧化镁合金涂层厚度为30-60um，铁元素在涂层上均匀分布，微弧氧化涂层颜色为黑色。 5.一种如权利要求1-3所述镁合金微弧氧化方法采用的含铁电解液的制备方法，其特征在于电解液使用为去离子水或超纯水溶剂，微弧氧化电解液pH值为12-13，电解液包括如下成分：磷酸盐10-60g/L，强碱1-6g/L，络合剂2-10g/L，含铁电解质5-20g/L。 6.如权利要求5所述的所述微弧氧化方法，其特征在于，电解液中所述磷酸盐为磷酸钠、磷酸铵或六偏磷酸钠。 7.如权利要求5所述的所述微弧氧化方法，其特征在于，电解液中所述络合剂为葡萄糖酸钾、三乙醇胺或山梨醇。 8.如权利要求5所述的所述微弧氧化方法，其特征在于，电解液中所述含铁电解质为草酸铁钾、柠檬酸铁或硫酸亚铁。 9.如权利要求5所述的所述微弧氧化方法，其特征在于，电解液中所述强碱为氢氧化钠或氢氧化钾。 2

钛及钛合金阳极氧化着色层结构及拉伸性能

钛及钛合金阳极氧化着色层 结构及拉伸性能 脱祥明 李　楠(北京有色金属研究总院,北京100088) (联大应用文理学院) 关键词:　氧化膜　组成　结构　性能 1　前　言 60年代俄罗斯建造一座钛包覆经阳极氧化、象征火箭发射台的纪念碑。70年代英国、美国、日本等都十分重视钛阳极氧化工艺的研究,试制了装饰品、手表壳、彩色画等,并申请了发明专利权。 国内也研究了用阳极氧化的方法在钛板和钛镀层表面获得彩色画的工艺,并进一步推广钛制品进入装饰品和工艺美术等领域。 阳极氧化膜具有比钛更高的硬度、强度、耐蚀性及耐磨性,是理想的装饰层和保护层。 2　试验方法 2.1　试验材料 采用工厂生产Υ26mm的TA2纯钛及TC4钛合金棒材。热处理制度为TA2 700℃/1h,空冷;TC4为750℃/1h,空冷。 将制备好的金相试样及标准拉伸试样(TC4、TA2)洗净,干燥后进行氧化着色试验。 2.2　阳极氧化着色试验 试验设备采用阳极氧化着色仪,系直流电源,其可调的直流电压为0～150V。电解液采用5%酒石酸铵溶液。在试样阳极氧化过程中,主要控制电压,电压不同氧化膜厚度不同。在光的干涉下各种不同厚度的氧化膜呈现出各种颜色,详见表1。 表1　氧化膜颜色随电压的变化 电压U/V20306085110颜色棕蓝黄红绿 根据这个原理,把制备好的试样与电源的阳极连接,用阴极毛笔蘸上电解液后,在试样上进行氧化,调节电压,即可得到所需要的氧化膜厚度。 3　试验结果 3.1　氧化膜的表观与增重 拉伸试样进行阳极氧化着色,电压增高,氧化膜的厚度增加,也就是说氧化后的试样重量也增加。在电压为20～60V 时,呈现棕色、蓝色、黄色,重量均增加0.3mg;在电压为85V时呈现红色,重量增加到0.6mg;在电压为110V时呈现绿色,重量增加到1.1m g[1,2]。氧化后重量增加与电压之间关系详见图1。 3.2　氧化膜的组成及结构 第21卷　第3期 稀　有　金　属 1997年5月DOI:10.13373/https://www.wendangku.net/doc/5d6909901.html, ki.cjr m.1997.03.017

钛合金微弧氧化

钛合金微弧氧化技术 1.钛合金微弧氧化概述 微弧氧化( Microarc oxidation，MAO) 又称微等离子体氧化(Micmplasma oxidation，MPO)，由于在研究这项技术的过程中，对微弧氧化本质认识的不同，因此在发展过程中出现了不同的术语：阳极火花沉积，火花放电阳极氧化，等离子体电解阳极化处理，而一般称为微弧氧化或微等离子体氧化。 微弧氧化是指把有色金属放在电解液中，利用微弧放电在金属表面原位生长氧化膜的技术。该氧化膜具有优良的性质，主要应用于机械、电气、汽车、武器装备、航天和航空等行业的关键零部件的表面处理，解决表面的高温烧蚀、磨损和腐蚀等问题。比如，俄罗斯在制造洲际弹道导弹子母弹的生产过程中应用了微弧氧化技术，水上快艇高速发动机缸体下套与活塞经过微弧氧化处理后，耐磨性提高了几十倍，这些都是其它表面处理技术无法代替、无法比拟的。 早在20世纪30年代初德国科学家A.Gunterschulz和H.Betz 第一次报道了在高电场下浸在液体里的金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用在没有发现产生硬质层的条件下，做出了“为了得到高质量的涂层，就不应该用高于出现火花时的电压”的结论，但他们为火花阳极氧化奠定了初步的理论基础。这一观点一直延续到2 0世纪7 O年代，尽管少数学者对这一现象持保留观点，但始终没能彻底改变这个结论。 1969年，前苏联科学家G.A.Markov 在向铝及铝合金材料施加高于火花区电压时，突破性地获得了高质量的氧化膜，这种膜层具有很好的耐磨性和耐腐蚀性，他把这种在微电弧条件下通过氧化获得涂层的过程称为微弧氧化( Microarc Oxidation，MAO) 。此后G.A. 一Markov 课题组进行大量基础性研究，并在此基础上进行了应用研究。期间美国、德国对此技术也进行广泛的研究，其中包括实际应用。从文献上看，美国、德国前苏联三国基本上各自独立地发展这项技术，相互之间文献引用很少。这一技术在20世纪80年代开始在世界范围内进行广泛交流。 钛合金具有重量轻、比强度大、热稳定性好等优良的综合性能，广泛应用于航空、航天以及民用工业中。但美中不足的是钛合金的表面硬度较低、耐磨性及耐腐蚀较差，特别是钛合金与其它金属接触时很容易发生接触腐蚀，严重制约了其进一步应用，为此国内外先后对钛合金表面进行了改性研究，以提高其表面性能。传统的表面改性技术有阳极氧化、P V D ／C V D、离子注入、热喷涂及热氧化法等。钛合金阳极氧化膜厚度一般小于1μm，达到2～3μm己属不易，而且硬度低，目前仅在装饰涂层方面有所应用。P V D／C V D、离子注入及热氧化法在涂层制备过程中需要保持高温，在一定程度上改变了基体与涂层的结构，使基体的力学性能明显变坏( 塑性恶化) ；P V D／C V D及离子注入法需要昂贵的真空或气氛保护条件，制备成本明显提高；而热氧化法能耗大、时间长及劳动强度大，得到的涂层不均匀。因此有必要发展新的低成本高性能的涂层制备技术。微弧氧化这一高新技术综合地解决了上述难题，在实践中取得了很好的效果。 2.微弧氧化膜生成的基本原理及生长过程 微弧氧化是从普通阳极氧化发展而来的，它的基本原理是：突破了传统的阳极氧化对电流、电压的限制，把阳极电压由几十伏提高到几百伏，当电压达到某一临界值时，击穿阀金属表面形成的氧化膜(绝缘膜)，产生微弧放电并形成放电通道，在放电通道内瞬间形成高温高压并伴随复杂的物理化学过程，使金属表面原位生长出性能优良的氧化膜。 在微弧氧化过程中，把工件放人电解槽中，通电后工件表面现象及膜层生长过程具有明

钛合金的应用现状及发展前景

钛合金的应用现状及发展趋势 摘要：本文综述了钛合金材料的发展及应用现状，着重介绍了钛合金的主要性能及其在航空航天、汽车制造和生物医药等方面的应用，并对钛合金未来的发展进行了展望。 关键字钛合金，性能，应用，发展趋势 1引言 金属元素钛在地壳中的分布范围比较广泛，据估计和推算，其含量是地壳质量的0.4%还要多一点，世界储量约34亿吨，在所有元素中含量居第10位（氧、硅、铝、铁、钙、钠、钾、镁、氢、钛）[1]。其丰富的储量，为金属钛及钛合金的生产和发展提供了主要的原料来源。 自20世纪50年代以来，钛及钛合金的发展已经历了半个多世纪的历程，钛合金的种类已从1954年的Ti-6Al-4V合金[2]发展到数百种。因为具有比强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点，钛合金被广泛用于各个领域，包括航空航天、汽车制造、医药卫生以及其他日常生活领域。世界上的许多国家如美国、日本、俄罗斯以及中国等都认识到钛合金材料的重要性，并相继对其进行了研究开发，得到了实际应用[2,3]。 2 钛合金的性能 2.1 钛合金的高温性能 在高温下，钛合金仍能保持良好的机械性能，其耐热性远高于铝合金，且工作温度范围较宽。高温钛合金不仅具有良好的室温性能和高温强度，并且在蠕变性能、热稳定性、疲劳性能和断裂韧性等方面具有良好的匹配。世界上第一个研制成功的高温钛合金使用温度仅为300~350℃[4]，经历了40多年的发展，目前新型耐热钛合金的工作温度可达550~600℃，而Ti-Al金属间化合物的崛起，打破了600℃的使用温度界限，将使用温度升至700℃以上。 2.2 钛合金的腐蚀性能 钛的抗腐蚀性强，在550℃以下的空气中，表面会迅速氧化形成薄而致密的TiO2钝化膜，故在大气、海水、硝酸和硫酸等氧化性介质及碱性溶液中，其耐蚀

钛合金应用及发展前景

钛合金的应用与前沿发展 X X X （太原科技大学材料学院） 摘要：先进材料钛及钛合金的应用与前沿技术的发展一直是当前材料领域的热点研究课题之一。本文从钛合金的应用与前沿发展为基点出发，列举了钛合金的研究和应用在国内外取得的重大进步，并试图阐述钛合金最近一些前沿技术与中国现代化科技强国目标、西部大开发的关系，分析其优势与局限性，并展望发展趋势。 自从人类1790年发现钛元素，1951年进入工业化生产以来，钛逐渐显示出它独特的优越性能。它不仅具有金属结构材料的优越性能，而且在许多工艺介质中具有优异的耐腐蚀性能，钛的应用可以获得明显的技术进步和经济效益。它的蕴藏量是铜的十倍，是继铁、铝之后的"第三金属"，被称为"空间金属"。 从使用钛的意义上看，一个国家使用钛的多少，标志着国家的科技水平、军事实力、经济实力的强弱。所以，推广使用钛、发挥钛特性的优势作用，对促进工业发展、增强产品竞争的活力，是非常必要的，也是现代技术发展的方向。 关键词：钛 ; 钛合金 ; 开发应用 ; 前沿发展 报告正文： 钛是周期表中第ⅣB类元素，外观似钢，熔点达1 672 ℃，属难熔金属。钛在地壳中含量较丰富，远高于Cu、Zn、Sn、Pb等常见金属。我国钛的资源极为丰富，仅四川攀枝花地区发现的特大型钒钛磁铁矿中，伴生钛金属储量约达4.2亿吨。 纯钛机械性能强，可塑性好，易于加工，如有杂质，特别是0、N、C等元素存在，会提高钛的强度和硬度，但会降低其塑性，增加脆性。 钛是容易钝化的金属，且在含氧环境中，其钝化膜在受到破坏后还能自行愈合。因此，钛对空气、水和若干腐蚀介质都是稳定的。钛和钛合金有优异的耐蚀性，只能被氢氟酸和中等浓度的强碱溶液所侵蚀。特别是钛对海水很稳定，将钛或钛合金放入海水中数年，取出后，仍光亮如初，远优于不锈钢。 钛的另一重要特性是密度小。其强度是不锈钢的3.5倍，铝合金的1.3倍，是目前所有工业金属材料中最高的。 液态的钛几乎能溶解所有的金属，形成固溶体或金属化合物等各种合金。合金元素如A1、V、Zr、Sn、Si、Mo和Mn等的加入，可改善钛的性能，以适应不同部门的需要。由于上述优异性能，钛享有“未来的金属”的美称，钛合金已广泛用于国民经济各部门，它是火箭、导弹和航天飞机不可缺少的材料。船舶、化工、电子器件和通讯设备以及若干轻工业部门中要大量应用钛合金。 为促进我国钛工业的发展，选准"十一五"期间我国钛冶炼技术的发展方向，中国有色金属工业协会科技部和钛业分会合作，于2005年5月10日在北京召开了"钛冶炼技术发展规划研讨会"。曹春晓院士等28名我国钛行业的专家出席了会议。中国有色金属工业协会钮因键副会长、国家发改委肖春泉处长、国家科技部黄世兴处长、国防科工委贺守华处长等也应邀出席了会议。会议中首先由中国有色金属工业协会钮因键副会长和协会科技部张洪国主任作会议主旨发言；北京有色金属研究总院的邓国珠教授介绍了国内外钛冶炼技术的现状、我国钛冶炼技术所存在的问题，初步提出了我国"十一五"期间技术发展的主要方向；遵义钛厂胥力厂长和抚顺钛厂刘禹明副厂长分别介绍了各厂在建钛项目的进展情况、存在及需要解决的问题；北京科技大学的朱鸿民教授分析了FFC法的优缺点，介绍了一种钛冶炼新方法的初步研究结果；锦铁集团的梁志忠高工介绍了该企业大型熔盐氯化和矿物油除钒的技术。

钛合金阳极氧化液及其表面处理方法与设计方案

本技术公开了一种钛合金阳极氧化液，按重量份数计算：硫酸1030份、磷酸2040份、乙酸515份、硫酸铵1525份、硫酸钾1013份、甲酸816份、去离子水8001000份。经过该阳极氧化液处理后的钛合金表面性质更加稳定，防护性能更好。一种应用上述阳极氧化液处理钛合金表面的方法，包括以下步骤：步骤1，对钛合金表面处理用碱液进行清洗；步骤2，将经步骤1清洗后的钛合金表面进行打磨，然后用清水清洗干净，烘干；步骤3，将经步骤2清洗后的钛合金放入钛合金阳极氧化液进行阳极氧化处理；步骤4，将经步骤3处理后的钛合金再次清洗干净、烘干即得。 权利要求书 1.一种钛合金阳极氧化液，其特征在于，按重量份数计算：硫酸10-30份、磷酸20-40份、乙酸5-15份、硫酸铵15-25份、硫酸钾10-13份、甲酸8-16份、去离子水800-1000份。 2.根据权利要求2所述的一种钛合金阳极氧化液，其特征在于，所述硫酸为质量分数为98％的浓硫酸。 3.一种应用权利要求1-2中任一项钛合金阳极氧化液处理钛合金表面的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1，对钛合金表面处理用碱液进行清洗； 步骤2，将经步骤1清洗后的钛合金表面进行打磨，然后用清水清洗干净，烘干； 步骤3，将经步骤2清洗后的钛合金放入钛合金阳极氧化液进行阳极氧化处理； 步骤4，将经步骤3处理后的钛合金再次清洗干净、烘干即得。 4.根据权利要求3所述的一种应用钛合金阳极氧化液处理钛合金表面的方法，其特征在于，

步骤1中，碱液为pH值为10-11的氢氧化钠溶液。 5.根据权利要求3所述的种应用钛合金阳极氧化液处理钛合金表面的方法，其特征在于，步骤3中，阳极氧化处理的处理条件为：在温度为15～25℃、电压为20-40V的条件下处理30-90s。 技术说明书 一种钛合金阳极氧化液及其表面处理方法 技术领域 本技术属于钛合金表面处理技术领域，具体涉及一种钛合金阳极氧化液，本技术还涉及应用上述一种钛合金阳极氧化液的处理钛合金表面的方法。 背景技术 钛是20世纪50年代发展起来的一种重要的结构金属，钛合金因具有强度高、耐蚀性好、耐热性高等特点而被广泛用于各个领域。世界上许多国家都认识到钛合金材料的重要性，相继对其进行研究开发，并得到了实际应用。 第一个实用的钛合金是1954年美国研制成功的Ti-6Al-4V合金，由于它的耐热性、强度、塑性、韧性、成形性、可焊性、耐蚀性和生物相容性均较好，钛合金得到了广泛的应用。 在适当的阳极氧化条件下，钛合金表面会产生一种富有艺术价值的、呈现丰富色彩变化的阳极氧化膜层，其既有一定的装饰性，又有一定的耐腐蚀能力。具有广泛的应用前景。

高强高韧钛合金研究与应用进展_杨冬雨

第35卷第4期Vol.35No.4 稀有金属 CHINESE JOURNAL OF RARE METALS 2011年7月Jul．2011 收稿日期：2011－03－31；修订日期：2011－05－10 基金项目：国家科技部中韩联合研究项目（2010DFA52280）资助 作者简介：杨冬雨（1979－），男，湖南宁乡人，硕士，工程师；研究方向：钛合金*通讯联系人（E －mail ：yangdongyu@comac．cc ） 高强高韧钛合金研究与应用进展 杨冬雨1*，付艳艳2，惠松骁2，叶文君2 ，于 洋2，梁恩泉 1（1．上海飞机设计研究院标准材料设计部，上海200232；2．北京有色金属研究总院有色金属材料制备加工国家重点实验室，北京100088） 摘要：航空航天业的发展对高强度、高断裂韧性的新型钛合金的需求越来越迫切，研究具有自主知识产权并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。综合评述了国外传统的Ti-1023、BT22合金、β-21S 合金、β-C 合金，新型Timetal555和VST55531合金以及我国的TB2和TB10合金等7种高强高韧钛合金研究及应用现状， 分析了合金的成分、组织、强度、塑性、断裂韧性等特点。根据国内外高强高韧钛合金发展现状，提出发展方向：研制R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2新型高强韧钛合金；新型合金成分应以Ti-Al-Mo-V-Cr 系为主；探索加工工艺与高强高韧钛合金合金组织及性能的关系；发展具有优异的淬透性及良好的锻造性能为主的大型锻件用高强高韧钛合金。 关键词：钛合金；高强；高韧；锻件 doi ：10．3969/j．issn．0258－7076．2011．04．017中图分类号：TG146．2 文献标识码：A 文章编号：0258－7076（2011）04－0575－06 Research and Application of High Strength and High Toughness Titanium Alloys Yang Dongyu 1*，Fu Yanyan 2，Hui Songxiao 2，Ye Wenjun 2，Yu Yang 2，Liang Enquan 1 （1．Department of Standard and Materials ，Shanghai Aircraft Design and Research Institute ，Shanghai 200232，China ；2．State Key Laboratory of Non-Ferrous Metals and Processes ，General Research Institute for Non-Ferrous Metals ，Beijing 100088，China ） Abstract ：With the continuous development of the aerospace industry ，the demand of new high strength and fracture toughness tita-nium alloy would grow increasingly．The research on new high strength and tough titanium alloy of intellectual property rights ，which was applied to large structures of aerospace ，aroused the interest of the world．The present development on the investigation of high strength and toughness titanium alloys was introduced ，including traditional foreign Ti-1023，BT22，β-21S ，β-C ，new type Timet-al555，VST55531and domestic TB2and TB10alloys．Meanwhile ，the characteristics of components ，structures ，strength ，plasticity and fracture toughness were analyzed．Based on the development of these titanium alloys ，the author's opinions about development trend in this field were also presented ：to develop a new high-strength and toughness titanium alloy with R m ≥1300MPa ，K IC ≥55Pa ·m 1/2；the components of new alloy should be based on Ti-Al-Mo-V-Cr series alloy ；to probe into the relationship between processing technology and microstructure and properties of high strength and toughness titanium alloy ；to develop the high strength and toughness titanium alloy with excellent hardenability and good forgeability that were used as heavy forgings．Key words ：titanium alloys ；high strength ；high toughness ；forging 钛及钛合金因具有比强度高、耐腐蚀性好等优点，已被广泛应用于在航空、航天、车辆工程、生物医学工程等各个领域 ［1，2］ 。近年来，随着航空 航天业对高强度、高断裂韧性的新型结构钛合金的需要越来越迫切，因此研究具有自主知识产权， 能够替代超高强度钢并用于航空大型结构件的新型高强高韧钛合金得到世界各国的重视。 高强高韧钛合金一般指抗拉强度在1000MPa 以上，断裂韧性在55MPa ·m 1/2以上的钛合金。表1为几种典型高强钛合金的概况，其中国外的高强高

国内外钛合金研究的发展现状及趋势-赵永庆

第29卷 第5期2010年5月 中国材料进展 MATER I A LS CH I NA V ol 29 N o 5 M ay 2010 收稿日期:2009-12-24 基金项目:国家973计划项目(2007C B613807); 国家科技支撑计划项目(2007BAQ00087);973引导项目(2005CCA06400) 通信作者:赵永庆,男,1966年生,博士,教授,博士生导师 国内外钛合金研究的发展现状及趋势 赵永庆 (西北有色金属研究院,陕西西安710016) 摘 要:钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,得到各行各业的高度重视,介绍了近10年国外、国内钛合金研究的发展 现状、趋势与差距,及时我国钛合金研制的建议。 关键词:钛合金;发展现状;趋势 中图分类号:TG 146 2+3 文献标识码:A 文章编号: 1674-3962(2010)05-0001-08 Current Situation and Developm ent Trend of Titaniu m A lloys Z HAO Y ongqing (N orth w est Institute for N on ferrousM eta l R esearch ,X i an 710016,Ch i na) Abstrac:t Because o f the i r exce llent properties ,g rea t atten tion has been pa i d t o T i and T i a lloys .T his paper rev i ew s t he ir current situati on and deve l op m ent trend i n recent ten years ,and also g ives the differences bet ween Ch i na and o ther coun tries .The suggesti ons for develop m ent o f T i a lloys are a l so put for w a rd . Key w ords :T i a lloys ;cu rrent s i tuation ;deve l op m ent trend 1 前 言 钛及钛合金因具有优异的综合力学性能,在航空、航天、船舶、石油、化工、兵器、电子等行业得到高度 重视和广泛应用。15年前国外高度重视新型钛合金的研制,近几年国外更重视钛合金性能改性和挖潜。国内从钛合金研发开始一直重视新型钛合金研制,10年前重点是仿制,之后是既创新又仿制,目前以创新研制为主。本文介绍近10年国外、国内钛合金研究的发展现状、趋势与差距,及对我国钛合金研制的建议。 2 新型钛合金的研究进展 2 1 宇航用钛合金 2 1 1 国外 由于大型航空发动机压气机对工作在300~350 用材的需要,俄罗斯的全俄轻金属研究院研究了同时添加Sn 和Zr 来改善BT22钛合金的强度和高温蠕变性能, 研制出了性能优于BT22的一种新的航空用钛合金。新合金的名义化学成分为T i 5A l 5M o 5V 1Fe 1C r 1 7Sn 2 5Zr ,被赋予正式牌号BT37。截面尺寸为150~200mm 的BT37合金模锻件和自由锻造的静强度和疲劳强度比BT3 1合金高25%;固溶强化的BT37合金的静强度和疲劳强度比金属间化合物强化的高温钛合金高20%~25%以上。用BT37合金来取代传统的BT3 1,BT6热强钛合金来制造在300~350 下工作的压气机大尺寸盘和叶片,可使质量减轻20%~25% [1-2] 。 同时国外也研制出高强钛合金T i 5553(T i 5A l 5M o 5V 3C r),T i 55531(T i 5A l 5V 5M o 3C r 1Zr)等[3-4] 。T i 5553作为高强近 钛合金可替代BT22和T i 1023钛合金大量使用在飞机的起落架上,该合金的淬透性更好,俄罗斯的V S M PO 联合体分别用 锻和 + 锻制造了该合金的大型锻件。T i 55531是空客公司与俄罗斯合作开发的新型高强高韧近 型钛合金,强度与韧性匹配良好,首次应用的实例是A380机翼与挂架的连接装置。T i 3553(T i 3A l 5M o 5V 3C r)是用做紧固件用钛合金,其强度和加工性能均优于T i 64。在承压管路系统研制成 功一种新的钛合金T i 3331(T i 3A l 3V 3M o 1Zr)[3] ,其强度比T i 3A l 2 5V 高30%左右。高强可焊钛合金T 110(T i 5 5A l 1 2M o 1 2V 4N b 2Fe)为A ntonov 飞机的重型构架设计用,合金同BT22的力学性能相当,但具有优

微弧氧化工艺及设备

微弧氧化工艺及设备 等离子体微弧氧化简称微弧氧化（MAO）又称为微等离子体氧化(MPO)、阳极火花沉积(ASD) 或火花放电阳极氧化(ANOF),还有人称之为等离子体增强电化学表面陶瓷化(PECC)。该技术的基本原理及特点是：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，从而在以铝、钛、镁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。 该方法是通过用专用的微弧氧化电源在工件上施加高电压，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、硬度大幅度提高、耐磨、耐蚀、耐压、绝缘及抗高温冲击特性得到改善的目的。它是一种直接在有色金属表面原位生长陶瓷层的新技术，该技术是最近十几年在阳极氧化基础上发展起来的，但两者在机理上、工艺上以及膜层性能上都有许多不同之处。所谓等离子体就是由大量的自由电子和离子组成，且在整体上表现为电中性的物质，它被称为固态、气态和液态以外的第四态。处于热等离子态的物质具有强的导电性，且能量集中，温度较高，是一个高热、高温的能源。与传统的阳极氧化法相比，微弧氧化陶瓷膜与基体结合牢固，结构致密，具有良好的耐磨、耐腐蚀、耐高温冲击和电绝缘等特性、具有广阔的应用前景。 上世纪30年代初期，Günterschulze和Betz第一次报道了在高电场下，浸在液体里金属表面出现火花放电现象，火花对氧化膜具有破坏作用。后来研究发现利用此现象也可生成氧化膜。此技术最初采用直流模式，应用于镁合金的防腐上，直到现在，镁合金火花放电阳极氧化技术仍在研究开发之中。约从70年代开始，美国伊利诺大学和德国卡尔马克思城工业大学等单位用直流或单向脉冲电源开始研究Al、Ti等阀金属表面火花放电沉积膜，并分别命名为阳极火花沉积和火花放电阳极氧化。俄罗斯科学院无机化学研究所的研究人员1977年独立地发表了一篇论文，开始此技术的研究。他们采用交流电压模式，使用电压比火花放电阳极氧化高，并称之为微弧氧化。从文献上看，美、德、俄三国基本上是各自独立地发展该技术，相互间文献引用很少。进入90年代以来，美、德、俄、日等国加快了微弧氧化或火花放电阳极氧化技术的研究开发工作。我国目前绝大多数科研机构仍然处于起步阶段。总之，该技术已引起国内外许多研究者的关注，正成为国际材料科学研究热点之一。 我公司科研人员从1999年开始引进俄罗斯技术从事这方面的研究工作，对铝、镁、钛及其合金微弧氧化膜层的形成机理和陶瓷层的性能进行了深入的研究，从微观分析入手，对陶瓷膜层进行分析后，改进了溶液配方和工艺，显著地提高了陶瓷层的性能。我公司于2006年研制成功的“大功率微弧氧化电源”，居国内领先水平，适应产业化需要，目前已给多家汽车配件、纺织机械、印刷机械、医疗器械、电器设备、铝及镁合金制品等生产厂家和军工企业、国家科研院所、高等院校加工了种类繁多、满足技术要求的陶瓷化样品及零部件，正在与多家公司洽商“微弧氧化陶瓷”项目的合作，并已给国内一些公司建起了微弧氧化陶瓷生产线。运用我公司微弧氧化设备及工艺加工过的试样、产品,经国家权威测试机构测试及有关厂家、院校试验，其性能指标均达到了需求的各项技术指标。 （1）大幅度地提高了材料的表面硬度, 显微硬度在1000至2000HV(维氏硬度)，最高可

钛合金阳极氧化

钛合金阳极氧化 钛合金以质轻、比强度高、耐蚀性强而广泛应用于航天、船舶、化工和生物医学等领域。钛合金性能优越，储量丰富(元素钛的世界储量约34亿吨)，随着开采、N-r_技术的不断进步，钛合金的工业应用不断扩大。钛合金能在600 ℃的高温下长期稳定工作，在-200 ℃低温下仍能保持很好的塑性；另外，钛合金还具有无磁、良好的弹性、形状记忆、吸氢、超导、低阻尼、高抗冲击强度、耐压、抗震、与复合材料有良好的相容性等性能。因此，钛合金在航空、化工、石油、电力、舰船、轻纺及医疗等行业上获得日益广泛的应用。 钛及钛合金在工程上应用较晚，直到 1952 年才正式作为结构材料使用，这主要是因为钛和氧、氮、氢和碳等元素有很强的亲和力，并易产生化学作用，致使钛及其合金的生产成本较高的缘故。一个国家使用钛的多少，标志着国家的科技水平，军事实力和经济实力的强弱。我国的钛资源十分丰富，储量居世界首位，钛生产量列世界第四位，这是我国发展钛工业的优势。目前，我国己有 20 个省市自治区探明有钛矿。自从一九八五年有关钛的冶炼、加工和分析检验方面的技术得到基本解决后，我国钛的生产及应用速度大大加快。2005 年全国钛及钛合金锭的生产量达到 16230 吨，同比增加了37.3 ％；钛加工材实际生产9963.4吨，同比增加了17.0 ％，海绵钛生产9510.8吨，同比增加了 97.8 %；钛粉生产 1165 吨，同比增加了 46.0 %。近年来，国内外军用飞机上使用钛合金的比例正在逐渐加大。F-22是举世公认的第四代战斗机的典型代表，它所使用的材料中41％为钛合金。此外，美B．2轰炸机、法幻影2000及俄Cy-27CK战斗机的钛用量也分别达到了26％、23％、25％。钛合金正成为一种非常有发展前景的材料。但是，钛合金也有一些不足之处，如钛合金的导热性差、摩擦系数大、抗磨性较差，切削加工时，容易使工件及刀具温度升高，造成粘刀，因此切削加工性差。钛合金的化学活性很高，在高温下极易受氢、氧、氮的污染。钛合金硬度低，耐磨性差，本身电位较正，与其他材料接触易造成接触腐蚀，同时对氢脆、镉脆等都很敏感。为解决钛合金性能上存在的不足。钛合金表面处理方法主要有化学转化膜处理、阳极氧化、电镀、热扩散、表面沉积、激光表面处理和离子注入等。其中阳极氧化和功能性镀层较为常用。 近二十年来 ,世界各国都加强了对钛合金表面处理技术的研究,采用阳极氧化工艺在钛合金表面制备纳米 TiO2 以提高钛合金的耐磨性、耐蚀性及生物相容性成为当前领域内研究的热点之一。阳极氧化作为一种利用电解作用在金属表面形成氧化膜的工艺 ,其操作简单 ,易于控制 ,通过调节阳极氧化参数(电压、电流、电解液浓度等)即可获得不同结构和不同化学性能的阳极氧化膜,从而扩大钛合金的应用领域 ,因此成为提高钛合金性能的一种高效途径。钛合金的阳极氧化膜具有比钛基体更高的硬度、强度、耐蚀性及耐磨性，能防止渗氢，而且可以呈现各种颜色，是理想的保护层和装饰层。要实现钛合合金的化学铣切和阳极氧化，就需要事先对钛零件进行表面清理。热处理过的钛合金零件由于表面生成难以清除的氧化层，给表面清理带来一定困难，清除的效果对后续加工的质量有很大的影响。。 五十年代以“空中金属”著称，六十年代又以“陆用金属”著称，七十年代更以“海洋金属”而崛起。钛基合金是目前应用的工程材料中密度较小的村料之一，最早的应用就是为军事航空工业提供高性能材料，通过减轻重量来节省燃料消耗提高飞机经济性，以及轻量化利于军用飞机的机动性而言，钛材不容置疑地被认定为可靠优良的材料。另外，随着发动机推力不断提高，压气机增压比不断