鈦合金憑著輕量、高強、耐腐蝕的特性,在航空航天、生物醫學及高端裝備領域展現出不可替代的應用價值。但它也有致命短板:耐磨性差、容易黏住金屬、表面永遠是單調的銀灰色。為克服鈦及鈦合金的這些缺點,常常需要進行表面處理,如電鍍、微弧氧化、電泳涂裝和陽極氧化等。
一.電鍍:給鈦金屬穿件"防護衣"
原理:
像給金屬"刷漆",靠電解作用在表面鍍一層金屬膜,能防銹、耐磨、變美觀。
功能:
1.耐磨:在Ti6Al4V鈦合金表面鍍納米純鎳,硬度和耐磨性蹭蹭漲;
2.高溫防卡技巧:鈦葉片鍍銀后,在500℃高溫下摩擦也不會"焊死"在一起,航空發動機的"咬合難題"就靠它解決。
難點:鈦太容易和氧"交朋友",表面總頂著一層氧化膜,電鍍時膜會搗亂。
解決辦法:
1.用硫酸鎳電解液加活化劑,先用電脈沖"激活"鈦表面,再鍍鎳。
2.用氫氟酸+二甲基甲酰胺溶液腐蝕鈦表面,直接鍍銅也能粘得很牢。
二.微弧氧化:讓鈦表面"長出"陶瓷盔甲
原理:
靠高壓電火花在鈦表面"燒"出一層陶瓷膜,成分主要是鈦的氧化物。
功能:
1.陶瓷膜和鈦基體像樹根扎進泥土一樣咬合,用液壓機壓到200兆帕都不會脫落。
2.膜厚幾百微米,硬如陶瓷,耐蝕、耐磨、抗熱。
定制玩法:
往電解液里加高錳酸鉀,能做出又耐蝕又抗菌的鈦膜!
三.電泳涂裝:給鈦金屬"泡個彩色澡"
原理:
把鈦件放進帶電的涂料水里,涂料微粒會"排隊"附在表面形成漆膜。
優點:
1.無毒、水溶性,比傳統噴漆環保。
2.自動化程度高,汽車車身90%都用這招涂底漆。
3.生物相容性好,比如TA4鈦合金涂聚氨酯,能用在醫療領域。
小知識:
陰極電泳比陽極更厲害,防腐蝕和覆蓋能力更強。
四.陽極氧化:給鈦金屬刻上"納米指紋"
原理:
相當于給金屬做3D打印反向操作,鈦做陽極通電,在電解液里長出氧化膜,分為兩種形態:
1.致密型:幾十到幾百納米厚,光滑致密,生物相容性好,適合防腐和醫用。
2.多孔型:在含氟電解液里能長成TiO?納米管陣列,像無數根納米吸管排列著。
神奇應用:
1.納米管比表面積超大,可做光催化材料(分解污染物)、太陽能板。
2.做成氫敏傳感器,對氫氣超敏感,響應快且穩定。
3.用在鋰電池里,防腐蝕還提高充放電效率。