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微弧氧化技術對鈦合金進行表面處理
發布人：上海艾荔艾金屬材料有限公司www.jshcn.cn
更新時間：2014-10-21
鈦合金表面的氧化膜使得在鈦上進行化學鍍、電鍍難以實現。相比之下，微弧氧化處理目前普遍被認為是最有前途的鈦合金表面處理方法。
鈦合金廣泛應用于航空航天、化工及生物醫療領域，但是其硬度較低，抗磨減摩性能差，限制了其應用，因此，利用表面改性技術改善鈦合金的表面性能備受關注。通常最常用的方法是進行化學處理或化學氧化，來提高和改善基體與涂覆層的結合力以及表面的耐蝕性能。但是，化學氧化所得到的氧化膜層較薄，耐蝕性和耐久性較差。鈦合金表面的氧化膜使得在鈦上進行化學鍍、電鍍難以實現。相比之下，微弧氧化處理目前普遍被認為是最有前途的鈦合金表面處理方法。
微弧氧化，是在電解質溶液中（一般是弱堿性溶液）施加高電壓（直流、交流或脈沖）在材料表面原位生長陶瓷氧化膜的過程，該過程是物理放電與電化學氧化、等離子體氧化協同作用的結果。該技術是在普通陽極氧化技術的基礎上發展起來的，進一步提高電壓，使電壓超出法拉第區，達到氧化膜的擊穿電壓，就會在陽極出現火花放電現象，在材料表面形成陶瓷氧化膜，使等離子體氧化膜既有陶瓷膜的高性能，又保持了陽極氧化膜與基體的結合力。這些特點使其成為表面工程技術領域的一個研究熱點。我國哈爾濱工業大學利用微弧氧化技術，在電解液中加入了醋酸鈷，從而在TC4鈦合金上生成了耐熱沖擊陶瓷膜，膜層與基底的結合能高于10MPa，合金在40次循環的熱震動下，依舊保持穩定，表明微弧氧化處理過的TC4鈦合金具有極好的耐熱沖擊性。
近兩年來，由于在含鈣和磷組分的電解液中生成的微弧氧化膜層具有高的抗磨損、抗腐蝕和生物相容性，在骨移植方面引起研究者的興趣。韓國利用微弧氧化技術在純鈦表面上生成納米晶氫基磷灰石陶瓷層，該膜層中磷灰石陶瓷具有很高的結晶度，擁有很強的生物相容性，顯示出在整形外科和牙科的修補技術上的應用潛力。我國西安交通大學對微弧氧化生成含鈣、磷氧化鈦生物活性薄膜進行研究，結果表明：薄膜由銳鈦礦TiO2和金紅石TiO2構成，呈內層致密、外層多孔的形態；膜層中鈣、磷原子比由內至外逐漸增大；膜層經水熱處理后，可以轉化為含氫基磷灰石的生物活性二氧化鈦層。其中的金紅石型膜層具有獨特的電學性能、力學性能。
β-Ｔｉ因具有優良的物理性能和生物相容性，被醫學界認為是下一代整形外科和牙科的應用金屬。為了提高β-Ｔｉ和人體骨組織的骨合成，可以利用微弧氧化改善β-Ｔｉ的表面的生物活性。中國臺灣在β-Ｔｉ合金上利用微弧氧化技術制備TiO2陶瓷膜，并在體外和植入日本小鼠大腿末梢進行了試驗。結果表明，生成了TiO2膜層，與基底結合牢固，表現出比基底純鈦更好的骨生成能力，更適合應用到醫學上植入修正領域。
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