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鈦合金表面金屬涂層技術分析

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦絲,鈦合金,鈦設備,鈦材 發布時間:2016-6-2 12:47:39
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。
 
英國近期開發了一種耐高溫(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)的渦輪噴氣發動機,提供垂直方向上的升力。而復雜的方法,則是從主發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,推力可以調教的非常可怕。但是這個路線,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,-鋁合金依靠高鋁含量,可以在表面連續形成穩定的氧化鋁保護膜,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,鈦在高溫下性質非常活躍,耐高溫是鈦合金的劣勢而不是優勢)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的升力發動機也沒有。
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