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钛合金阳极氧化--第1页

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4．5g／cm3，

在常用金属中只有铝的密度为2．7g／cm’比它轻，但铝合金的强度较低，而低

碳锏7．86g／ca。、不锈钢80g／cm、铜89g／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