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鈦合金表面多孔涂層的應用

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦設備,鈦合金,鈦材 發布時間:2015-8-25 16:49:01

鈦合金基材表面附加一層多孔鈦涂層就是一種表面多孔化的方法,已有報道,將鈦粉置于真空環境中通過無壓高溫燒結法可以制備出多孔鈦涂層,但是所得的涂層存在孔隙率低、彈性模量高的缺點。又據報道,將粗鈦粉和細鈦粉物理混合后,利用等離子噴涂技術也可以制備出多孔鈦涂層,但該涂層存在氧含量高、孔形不規則和貫通孔過少等問題。

鈦金屬過濾器具有:
(1)過濾精度高。可將淺紅黃色的溶劑(Fe質量濃度為l0~l5 g/L左右)過濾為無色透明的液體(固體懸浮物、Fe全部濾除,溶劑中Fe質量濃度降至5 g/L以下)。
(2)耐酸堿性能好。可用于強酸和強堿及各種有機溶劑的過濾。
(3)機械強度高。微孔使用、清洗不變形,工作壓力可以達到1.0 MPa。
(4)使用壽命長。一般情況下用于濾除溶劑中鐵離子,鈦金屬濾芯可使用3~5年。
(5)操作方便,可持續運行。濾芯組的完全再生,不必配制特殊的化學清洗液,熱鍍鋅現場即可解決。

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,特別是在生物醫用行業,由于多孔鈦兼有高生物相容性和優秀的機械性能,所以優勢十分明顯。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,因而在醫學領域展現出更為廣闊的應用前景。

檢測表明,所獲涂層與基體的結合界面較為緊密,涂層的致密度較高,平均厚度為250μm左右,涂層中兩種成分的分布較為均勻。經測定,涂層與基體的結合強度達到60 MPa,涂層孔隙率小于1%。利用能譜分析儀對表面進行成分分析,結果顯示,涂層中的粒子沒有明顯的氧含量,表明冷噴涂技術很好地避免了鈦粉的過度氧化,從而有利于保留噴涂粉末原有的化學成分;但涂層中的鎂粒子發現存在較多的雜質,這主要是由于鎂金屬的活性過高,在大氣中發生自然氧化所致。為使涂層多孔化,必須將噴涂態涂層中的鎂成分去除,因此對噴涂態涂層進行了真空蒸餾。真空蒸餾后涂層的顯微結構存在明顯的貫通孔狀結構,涂層的孔隙率達到了50%,孔徑分布為30~100μm。涂層表面的能譜分析結果表明,涂層在真空蒸餾處理后只有鈦元素成分存在,鎂元素成分已經完全蒸餾。

最近,中國兵器科學研究院采用冷噴涂技術制備了Ti-Mg復合涂層,通過對該涂層中Mg的真空蒸餾實現多孔鈦涂層的制備。他們采用自制的Ti粉和Mg粉,按80∶20的質量比物理混合后,作為該涂層的噴涂粉末。噴涂所選基體為TC4 牌號的鈦合金(0.002% H,0.07% O,0.02% N,0.02% C,0.04% Fe,6.2% Al,4.1% V,Ti Bal)。采用高速高壓冷噴涂設備制備Ti-Mg復合涂層,工作氣體為N2,工作壓力為3.0 MPa,氣體加熱溫度為300℃,噴涂距離為25 mm。然后,采用真空燒結爐對噴涂態Ti-Mg復合涂層進行真空蒸餾,腔室壓力為2.0~2.3 MPa,蒸餾溫度為1100℃,蒸餾時間為2h。

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