摘 要：文章綜述了鈦合金微弧氧化工藝應用中存在的一些問(wèn)題，結合鈦合金微弧氧化的工業(yè)應用，提出了鈦合金微弧氧化的發(fā)展方向及展望。

　　1 前言

　　鈦及鈦合金具有重量輕、強度大、熱強性高、比強度高、耐腐蝕、生物相容性好等許多優(yōu)特性，被譽(yù)為未來(lái)的金屬、空間金屬和海洋金屬，是具有發(fā)展前途的新型結構材料。鈦及鈦合金可以用鈦代替不銹鋼、鎳基合金和其它稀有金屬，制作各種熱交換器、反應器、蒸餾塔、高壓容器等設備。應用鈦合金對于提高產(chǎn)品質(zhì)量、延長(cháng)設備使用壽命、減少消耗、降低能耗、防止污染、降低成本、改善勞動(dòng)條件和提高生產(chǎn)率等方面都有十分重要的意義。但是鈦合金本身硬度較低，耐蝕性、高溫抗氧化性能差，使它的應用范圍受到限制。對鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理工藝，可以在鈦合金表面原位形成陶瓷膜，提高鈦合金的耐磨性及耐腐蝕性能，對鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理時(shí)常常存在一定的問(wèn)題，影響著(zhù)微弧氧化處理的效果。所以加強分析研究鈦及其鈦合金微弧氧化工藝存在的問(wèn)題，對于其應用具有實(shí)際意義。

　　2 鈦合金微弧氧化工藝存在的問(wèn)題

　　將微弧氧化技術(shù)應用于處理鈦及鈦合金，目前主要有交流微弧氧化技術(shù)、直流微弧氧化技術(shù)及其他技術(shù)。雖然取得了一定的發(fā)展，并向實(shí)用化邁進(jìn)了一大步。但對于規?；I(yè)應用還存在許多技術(shù)問(wèn)題。一是如何降低大規模鈦合金微弧氧化工藝生產(chǎn)的成本也是急需解決的問(wèn)題。根據微弧氧化理論，對鈦及鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理更大表面積的零件意味著(zhù)高能耗，而且生產(chǎn)環(huán)境危險，生產(chǎn)中微弧產(chǎn)生大量的熱，需要龐大的冷卻裝置系統來(lái)冷卻電解液，這些都增加了該技術(shù)的成本。二是鈦合金進(jìn)行微弧氧化處理過(guò)程中形成陶瓷膜的熱力學(xué)和動(dòng)力學(xué)規律還沒(méi)有形成系統的理論，需要建立合理的模型來(lái)全面描述鈦合金微弧氧化時(shí)陶瓷膜的形成規律，以便指導試驗研究和理論分析。三是鈦合金微弧氧化液的設計及優(yōu)化研究較少，有關(guān)基體成分設計及成分對微弧氧化膜組織和性能的影響研究還不多。四是由于鈦合金微弧氧化表面層耐污性較差，孔洞較多，鈦合金基體與陶瓷膜過(guò)渡層之間有明顯分層現象，氧化膜與基體結合力較差，不利于直接使用，必須進(jìn)行表面涂裝，目前對微弧氧化層的涂裝處理研究很少，影響了鈦合金微弧氧化技術(shù)的應用。

　　3 鈦合金微弧氧化的研究方向

　　結合鈦合金微弧氧化工藝存在的問(wèn)題，鈦合金微弧氧化技術(shù)的研究方向主要有以下幾方面。一是如何提高鈦合金微弧氧化設備產(chǎn)能和能源利用率問(wèn)題。在微弧氧化過(guò)程中，電流效率較低，溶液熱能值占總電能比例較少，大量的能量浪費在溶液升溫過(guò)程，能源利用率較低，提高設備的產(chǎn)能和能源利用率非常重要。二是如何提高和穩定鈦合金微弧氧化陶瓷膜的表面質(zhì)量，解決顏色單一，難于滿(mǎn)足多樣性問(wèn)題。鈦合金微弧氧化工藝解決了材料的防腐蝕、耐磨損等問(wèn)題，但是鈦合金微弧氧化能生產(chǎn)出的陶瓷層顏色還比較單一，主要有有黑色、白色、灰色和咖啡色，這樣就限制了它的應用，特別是當把微弧氧化技術(shù)應用到零件外觀(guān)設計處理方面。三是如何解決鈦合金微弧氧化膜層表面的光澤度和粗糙度問(wèn)題。根據微弧放電機理，微弧氧化陶瓷層存在大量微孔，孔洞的大量存在和孔洞分布的不均勻性影響著(zhù)鈦合金零件表面的光澤度和粗糙度。另外，隨著(zhù)零件表面幾何形狀的變化，微弧氧化膜的孔洞半徑、孔隙率、孔洞分布的均勻性、表面粗糙度也發(fā)生變化，而且表面粗糙度隨著(zhù)膜厚度的增加而增大，這樣影響膜層表面的光澤度，限制了微弧氧化陶瓷層的應用領(lǐng)域。

　　4 鈦合金微弧氧化技術(shù)的應用

　　鈦合金微弧氧化工藝作為一種新興的表面處理技術(shù)，正日益受到人們的重視，航空、航天工業(yè)、在機械制造業(yè)、紡織工業(yè)、民用品生產(chǎn)領(lǐng)域，微弧氧化涂層也都具有廣闊的應用前景。鈦及其合金微弧氧化形成的TiO2膜不但絕緣性好，而且介電常數高，可用于電子材料。TiO2具有很強的氧化性，能夠高效的分解有機物，能夠光催化抗菌和分解有害氣體，可用于水處理和空氣凈化。鈦及其合金微弧氧化陶瓷膜在微弧氧化過(guò)程中擊穿形成的放電通道，在生物醫用中可使硬組織植入材料朝內生長(cháng)，因此可望較好地改善與新生骨的機械嚙合。人們研究發(fā)現，鈣、磷是人體硬組織的基本成分，為促進(jìn)骨生長(cháng)，人們在微弧氧化電解液中引入鈣、磷離子，形成富含鈣磷的二氧化鈦薄膜，從而有效地提高生物相容性和骨誘導性，縮短愈合時(shí)間。鈦及其合金微弧氧化技術(shù)可在形狀復雜、線(xiàn)性尺寸相差很大的零件上形成均勻、堅硬的膜層，有利于防止在使用中與鈦合金接觸的由銅材料、鋼材、其他合金制造的管道及其他船舶制造零件在海水中腐蝕，有利于提高鈦及其合金的抗腐蝕性。

　　5 鈦合金微弧氧化技術(shù)的展望

　　同其他鈦合金表面處理技術(shù)相比，鈦及其合金微弧氧化技術(shù)具有工藝簡(jiǎn)單易行、環(huán)保，處理過(guò)程對基體無(wú)有害影響等諸多優(yōu)點(diǎn)，其發(fā)展趨勢是在完善鈦合金微弧氧化放電模型和膜層生長(cháng)模型的基礎上，將鈦合金表面微弧氧化技術(shù)與其它表面處理技術(shù)相結合，以提高鈦合金表面微弧氧化膜層的使用性能和應用范圍。還要根據鈦合金零件的性能要求，合理設計鈦合金表面微弧氧化陶瓷層組成相，以獲得具有耐磨、抗氧化、低摩擦系數、熱阻性高的表面，獲得結合強度高、性能優(yōu)良的鈦合金表面微弧氧化陶瓷涂層，進(jìn)一步拓寬鈦合金表面改性技術(shù)發(fā)展的新途徑與新方法，增強鈦及其合金微弧氧化的應用前景。