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钛及钛合金微弧的氧化应用

发布日期:2018-01-12  浏览次数:124
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  钛合金的应用范围特别广泛:舰艇船体结构,各种结构和装置的零件,核能设备的管道,特殊系统及船外系统上述各类零部件在多种不同的、目.往往在极端条件(高温、侵蚀介质高压循环栽荷,以及各种辐射场的作用等)下运转,故对其可靠性及耐久性提出了最严格的要求。要满足这些要求必须的条件是在整体上保证各个部件系统和零件系统要求的工艺技术参数。因此,对于保证合金制零件与钛合金(或钛)制零件配对的在海水条件F运转的部件和结构的保护问题,应给予髙度注意并规定采取专门措施防止电化腐蚀、磨损、生成水垢和生物滋生等。
  钛合金越来越广泛地应用于现代船体结构中。钛合金具有独特的机械性能、无磁性,具有低的密度、髙的熔化温度、在各种介质中的耐蚀性、良好的压力加工性能,能进行焊接与切割,低温下不脆、加热到400度时仍保持各项机械性能。特别是潜艇制造业中钛合金的应用量急剧增加。其他机械结构材料零件在海水中与钛合金制造的零部件配合使用时,将会出现一系列问题,其中之一是由于在接触区内很大的电位差产生明显的腐蚀。
  氧化钛的髙电极电位导致在电解液中(包括在海水中)同钛接触的材料受腐蚀而破坏。在使用中与钛合金相接触的由铜、钢、铜基合金制造的管道、管道附件及其他船舶制造零件在海水中腐蚀的惟一方法就是在钛合金工件表面形成一层附加的薄氧化膜。为此,采用了不同的保护隔离层,对这些镀层的技术要求足必须足够坚硬,对钛及其合金制件表面上形成电介质保护镀层最广泛采用的方法是热处理緘化法。当碳素钢同经热处理氧化的钛合金衷面积之比为时,它们的接触腐蚀速度与碳素钢同未氧化的材料相比,对于JTT-7M、JIT-3B合金降低50%,而对于HT-IM及JTI-3M合金降低90%以上。
  这种方法的实质在于把工件放在空气介质中,于700-800度下保温4-5小时在其表面形成一层氧化膜(10-20um)俄罗斯中央科学研究院复合材料研究所的研究人员详细制定了钛及其合金的热处理氧化工艺规程,并广泛应用于造船及修船工业中。也很好地研究了在不同合金表西获得的热处理氧化膜的性质。确定了它们的相成分和耐腐蚀性能及机械性能,生长动力学以及附着性能。虽然表面上看很简单,但热处理氧化法存在着一系列严重的缺点。
  首先,它耗能大,时间长及劳动量大,包含10多道难以控制的工艺工序。对于复杂形状及线尺寸相差很大的零件甚至在严格遵守工艺规程的条件下,用热处理氧化法所得到的镀层也是不均勻的。如果被处理零件是由不同钛合金制成的焊接构件,则获得优质镀层的困难将成倍增加钛及钛合金零件在空气中进行多次热处理致使机械性能明显变环(首先是塑性恶化),想用热处理来倏复,实际上是没有解决的问题此外热处理氧化所获得的镀层显著降低整个工件的耐腐蚀-机械强度,而严重影响组织结构形成过程和生物滋长过程,众所周知,这些过程将降低钛制的热交换器以及同海水直接接触构件的使用效果和使用寿命由于热处理氧化存在着上述诸多缺点,以及对潜艇制造中所用零件上的各种保护层的质量、可靠性及耐久性提出越来越髙的要求,近几年,很多科研单位对保护镀层的钛制工件表面用二者取一的搜索法进行大量的物理-化学研究。
  如此髙的能量作用于电极上,为引发和进行各种热化学反应及电化学反应,包括电解质成分的热分解,创造了有利的条件还必须考虑到在击穿区域除了高温和髙压外,局部还有髙电场强度考虑到上述所有因素,可以预料不仅电极的化学元素而且电解质的成分都可参与在阳极表面形成阳极膜的反应,这已为实验结果所进实。通过调节电解质的pH值和成分,阳极镀膜层的形成电位,就可能在足够宽度的范围内改变用这种方法所得到的阳极镀层膜的成分、厚度和性质。
  在此计划中最有发展前途的方法就楚微弧氧化法,这是一种比较新颖的电化学工艺。在世界文献最先报道出现于20世纪40年代,苏联在这一领域中的最先研究究成于70年代,微弧氧化法乃基于阻挡层金属在电解质涪液中引起阳极上微等离子体击穿(火花放电或微弧)在高电位下所发生的阳极氧化。此时t在阳极上可以观察到大量不同强度的火花。击穿区(在电解质水溶液中)的局部温度可达到几千度,而电弧的显微容积内的压力可达到100MPa。
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