鈦合金表面氧化膜低成本化新技術

鈦合金具有優(yōu)良的熱穩(wěn)定性和高強度，在航空航天、國防尖端科技領域和醫(yī)學等方面均得到廣泛應用。但是鈦合金也有不足之處，如抗粘連能力、耐磨性較差，電導率、熱導率低，難以承受釬焊。從目前的研究和應用情況來看，對其進行陽極氧化是一種行之有效的方法。鈦合金陽極氧化膜具有比鈦更高的硬度、強度、耐蝕性及耐磨性,并且隨著膜層厚度的變化，其表面可呈現(xiàn)出各種顏色，是理想的裝飾層和保護層。

我國TC4鈦合金的研制與應用始于20世紀60年代。目前，對TC4鈦合金的研究正向著高性能、低成本化方向發(fā)展，但在追求某一性能指標的同時，還需與其它性能相匹配，以確保得到優(yōu)異的綜合性能。在航空航天工業(yè)，一直追求零件的長疲勞使用壽命，這要求強度、塑性、韌性等的良好匹配性，而晶粒細化就是改善鈦合金使用性能的一種重要途徑。

TC4鈦合金在航空航天、生物工程、能源化工等領域顯示出其比強度、耐蝕性等優(yōu)勢。這項技術成本較低，對環(huán)境友好；氧化膜層色彩鮮艷均勻，結合力和耐腐蝕性好；適用溫度范圍較廣，無需加熱和致冷設備，且顏色較易控制。低能強流脈沖電子束(LEHCPEB)是近年來出現(xiàn)的一種新的表面改性技術。在脈沖電子束轟擊材料的瞬時過程中，較高的能量(108～109W/cm2)在非常短的時間內(nèi)(幾納秒到幾微秒)作用在材料的表層，造成材料表面極為快速的加熱和冷卻，甚至使材料表層熔化、蒸發(fā)并快速凝固，在此過程中誘發(fā)的應力場能夠引起材料表面快速而強烈的變形，從而造成特殊的改性效果。
a.脈沖電子束改性TC4鈦合金試樣可分為熔化相變層、熱影響層和基體三個區(qū)域;
b.脈沖電子束改性后試樣表面層的晶粒發(fā)生細化，提高了材料表層的硬度;
c.脈沖電子束改性處理使試樣產(chǎn)生點陣畸變;
d.熔化相變層中的晶粒細化機制是脈沖電子束改性時隨著溫度的快速升高，表面層發(fā)生熔化后的重新結晶以及α相在β相中的析出。
疲勞裂紋常常在表面萌生，采用晶粒細化來提高疲勞抗力是近年來的關注焦點。雖然采用傳統(tǒng)的噴丸、滾壓和擠壓等強化方法可以使表層組織結構發(fā)生變化，但將產(chǎn)生加工硬化使塑性降低，因此需要研究新的表面強化改性工藝方法以改善材料的疲勞使用性能。