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鈦及鈦合金的微弧氧化應用

來源:鈦棒,鈦板,鈦管,鈦設備,鈦合金,鈦絲 發布時間:2014-5-15 12:06:34
鈦合金的應用范圍特別廣泛:艦艇船體結構,各種結構和裝置的零件,核能設備的管道,特殊系統及船外系統上述各類零部件在多種不同的、目.往往在極端條件(高溫、侵蝕介質高壓循環栽荷,以及各種輻射場的作用等)下運轉,故對其可靠性及耐久性提出了最嚴格的要求。要滿足這些要求必須的條件是在整體上保證各個部件系統和零件系統要求的工藝技術參數。因此,對于保證鈦合金制零件與鈦合金(或鈦)制零件配對的在海水條件F運轉的部件和結構的保護問題,應給予髙度注意并規定采取專門措施防止電化腐蝕、磨損、生成水垢和生物滋生等。 

鈦合金越來越廣泛地應用于現代船體結構中。鈦合金具有獨特的機械性能、無磁性,具有低的密度、髙的熔化溫度、在各種介質中的耐蝕性、良好的壓力加工性能,能進行焊接與切割,低溫下不脆、加熱到400度時仍保持各項機械性能。特別是潛艇制造業中鈦合金的應用量急劇增加。其他機械結構材料零件在海水中與鈦合金制造的零部件配合使用時,將會出現一系列問題,其中之一是由于在接觸區內很大的電位差產生明顯的腐蝕。 

氧化鈦的髙電極電位導致在電解液中(包括在海水中)同鈦接觸的材料受腐蝕而破壞。在使用中與鈦合金相接觸的由銅、鋼、銅基合金制造的管道、管道附件及其他船舶制造零件在海水中腐蝕的惟一方法就是在鈦合金工件表面形成一層附加的薄氧化膜。為此,采用了不同的保護隔離層,對這些鍍層的技術要求足必須足夠堅硬,對鈦及其合金制件表面上形成電介質保護鍍層最廣泛采用的方法是熱處理緘化法。當碳素鋼同經熱處理氧化的鈦合金衷面積之比為時,它們的接觸腐蝕速度與碳素鋼同未氧化的材料相比,對于JTT-7M、JIT-3B合金降低50%,而對于HT-IM及JTI-3M合金降低90%以上。 

這種方法的實質在于把工件放在空氣介質中,于700-800度下保溫4-5小時在其表面形成一層氧化膜(10-20um)俄羅斯中央科學研究院復合材料研究所的研究人員詳細制定了鈦及其合金的熱處理氧化工藝規程,并廣泛應用于造船及修船工業中。也很好地研究了在不同合金表西獲得的熱處理氧化膜的性質。確定了它們的相成分和耐腐蝕性能及機械性能,生長動力學以及附著性能。雖然表面上看很簡單,但熱處理氧化法存在著一系列嚴重的缺點。 

首先,它耗能大,時間長及勞動量大,包含10多道難以控制的工藝工序。對于復雜形狀及線尺寸相差很大的零件甚至在嚴格遵守工藝規程的條件下,用熱處理氧化法所得到的鍍層也是不均勻的。如果被處理零件是由不同鈦合金制成的焊接構件,則獲得優質鍍層的困難將成倍增加及鈦合金零件在空氣中進行多次熱處理致使機械性能明顯變環(首先是塑性惡化),想用熱處理來倏復,實際上是沒有解決的問題此外熱處理氧化所獲得的鍍層顯著降低整個工件的耐腐蝕-機械強度,而嚴重影響組織結構形成過程和生物滋長過程,眾所周知,這些過程將降低鈦制的熱交換器以及同海水直接接觸構件的使用效果和使用壽命由于熱處理氧化存在著上述諸多缺點,以及對潛艇制造中所用零件上的各種保護層的質量、可靠性及耐久性提出越來越髙的要求,近幾年,很多科研單位對保護鍍層的鈦制工件表面用二者取一的搜索法進行大量的物理-化學研究。 

如此髙的能量作用于電極上,為引發和進行各種熱化學反應及電化學反應,包括電解質成分的熱分解,創造了有利的條件還必須考慮到在擊穿區域除了高溫和髙壓外,局部還有髙電場強度考慮到上述所有因素,可以預料不僅電極的化學元素而且電解質的成分都可參與在陽極表面形成陽極膜的反應,這已為實驗結果所進實。通過調節電解質的pH值和成分,陽極鍍膜層的形成電位,就可能在足夠寬度的范圍內改變用這種方法所得到的陽極鍍層膜的成分、厚度和性質。

在此計劃中最有發展前途的方法就楚微弧氧化法,這是一種比較新穎的電化學工藝。在世界文獻最先報道出現于20世紀40年代,蘇聯在這一領域中的最先研究究成于70年代,微弧氧化法乃基于阻擋層金屬在電解質涪液中引起陽極上微等離子體擊穿(火花放電或微弧)在高電位下所發生的陽極氧化。此時t在陽極上可以觀察到大量不同強度的火花。擊穿區(在電解質水溶液中)的局部溫度可達到幾千度,而電弧的顯微容積內的壓力可達到100MPa。
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