影响钛合金热处理质量的因素有哪些？

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钛在高温下易于与空气中的O、H、N等元素及包埋料中的Si、Al、Mg等元素发生反应，在铸件表面形成表面污染层，使其优良的理化性能变差，硬度增加、塑性、弹性降低，脆性增加。
0 E. r( d3 ?3 ^0 }0 j% _钛的密度小的密度小，故钛液流动时惯性小，熔钛流动性差致使铸流率低。铸造温度与铸型温差(300℃)较大，冷却快，铸造在保护性气氛中进行，钛铸件表面和内部难免有气孔等缺陷出现，对铸件的质量影响很大。
. |; _" _7 L- u% a  |- M" I/ g因此，钛铸件的表面处理与其它牙用合金相比显得更为重要，由于钛的独特的理化性能，如导热系数小、表面硬度、及弹性模量低，粘性大，电导率低、易氧化等，这对钛的表面处理带来了很大的难度，采用常规的表面处理方法很难达到理想的效果。必须采用特殊的加工方法和操作手段。
2 M5 P  T1 ], A; p4 y5 O; m铸件的后期表面处理不仅是为了得到平滑光亮的表面，减少食物及菌斑等的积聚和粘附，维持患者的正常的口腔微生态的平衡，同时也增加了义齿的美感；更重要的是通过这些表面处理和改性过程，改善铸件的表面性状和适合性，提高义齿的耐磨、耐蚀和抗应力疲劳等理化特性。
一、 表面反应层的去除
表面反应层是影响钛铸件理化性能的主要因素，在钛铸件研磨抛光前，必须达到完全去除表面污染层，才能达到满意的抛光效果。通过喷砂后酸洗的方法可完全去除钛的表面反应层。
9 y/ s. q9 X/ l) B5 s1. 喷砂： 钛铸件的喷砂处理一般选用白刚玉粗喷较好，喷砂的压力要比非贵金属者较小，一般控制在0.45Mpa以下。因为，喷射压力过大时,砂粒冲击钛表面产生激烈火花，温度升高可与钛表面发生反应,形成二次污染，影响表面质量。时间为15~30秒，仅去除铸件表面的粘砂、表面烧结层和部分和氧化层即可。其余的表面反应层结构宜采用化学酸洗的方法快速去除。
5 W; `6 U8 Q7 f! b$ Q2. 酸洗： 酸洗能够快速完全去除表面反应层，而表面不会产生其他元素的污染。HF—HCl系和HF—HNO3系酸洗液都可用于钛的酸洗，但HF—HCl系酸洗液吸氢量较大，而HF—HNO3系酸洗液吸氢量小，可控制HNO3的浓度减少吸氢，并可对表面进行光亮处理，一般HF的浓度在3%~5%左右，HNO3的浓度在15%~30%左右为宜。
8 T0 d. O( {" a) I4 K二、铸造缺陷的处理
, Q3 B5 q( p$ g7 ]内部气孔和缩孔内部缺陷：可等热静压技术(hot isostatic pressing)去除, 但对义齿的精度会产生影响，最好用X线探伤后，表面磨除暴露气孔，用激光补焊。表面气孔缺陷可直接用激光局部焊接修补。
+ Q& C3 f) m% H' p三、研磨与抛光
1． 机械研磨： 钛的化学反应性高，导热系数低，粘性大，机械研磨研削比低，且易于磨料磨具发生反应，普通磨料不宜用于钛的研磨与抛光，最好采用导热性好的超硬磨料，如金刚石、立方氮化硼等，抛光线速度一般为900~1800m/min.为宜，否则，钛表面易发生研削烧伤和微裂纹。
/ p1 W+ |& z. h' T4 C1 n2． 超声波研磨： 通过超声振动作用，使磨头和被研磨面间的磨粒与被研磨面产生相对运动而达到研磨、抛光的目的。其优点在于常规旋转工具研磨不到的沟、窝和狭窄部位变得容易了，但较大的铸件研磨效果还不能令人满意。
  }' s; n  }; E# X0 ]% u1 F/ I3． 电解机械复合研磨： 采用导电磨具，在磨具与研磨面之间施加电解液和电压，通过机械和电化学抛光的共同作用下，降低表面粗糙度提高表面光泽度。电解液为0.9NaCl，电压为5v，转速为3000rpm/min.，此方法只能研磨平面，对复杂的义齿支架的研磨还处于研究阶段。
  P: v/ ^, k; b4． 桶研磨：利用研磨桶的公转与自转所产生的离心力，使桶内的义齿与磨料相对摩擦运动而起到降低表面粗糙度的研磨目的。研磨自动化、效率高，但只能降低表面粗糙度而不能提高表面光泽度，研磨的精度较差，可用与义齿精抛光前的去毛刺和粗研磨。
5． 化学抛光：化学抛光是通过金属在化学介质中的氧化还原反应而达到整平抛光的目的。其优点是化学抛光与金属的硬度、抛光面积与结构形状无关，凡与抛光液接触的部位均被抛光，不须特殊复杂设备，操作简便，较适合于复杂结构钛义齿支架的抛光。但化学抛光的工艺参数较难控制，要求在不影响义齿精度的情况下能够对义齿有良好的抛光效果。较好的钛化学抛光液是HF和HNO3 按一定比例配制，HF是还原剂，能溶解钛金属，起到整平作用，浓度<10%, HNO3起氧化作用，防止钛的溶解过度和吸氢，同时可产生光亮作用。钛抛光液要求浓度高，温度低，抛光时间短(1~2min.)。
6． 电解抛光：又称为电化学抛光或者阳极溶解抛光，由于钛的电导率较低，氧化性能极强，采用有水酸性电解液如HF—H3PO4、HF—H2SO系电解液对钛几乎不能抛光，施加外电压后，钛阳极立刻发生氧化，而使阳极溶解不能进行。但采用无水氯化物电解液在低电压下，对钛有良好的抛光效果，小型试件可得到镜面抛光，但对于复杂修复体仍不能达到完全抛光的目的，也许采用改变阴极形状和附加阴极的方法能解决这一难题，还有待于进一步研究。
& t) y5 r6 ^& ?8 T0 z. d四、钛的表面改性
1． 氮化：采用等离子体渗氮、多弧离子镀、离子注入和激光氮化的等化学热处理技术， 在钛义齿表面形成金黄色TiN渗镀层，从而提高钛的耐磨性、耐腐蚀性和耐疲劳性。但技术复杂，设备昂贵，用于钛义齿的表面改性很难达到临床实用化。
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2． 阳极氧化：钛的阳极氧化技术较为容易，在一些氧化性介质中，外加电压的作用下，钛阳极可形成较厚的氧化膜，从而提高其耐腐蚀性和耐磨性和耐候性。阳极氧化的电解液一般采用H2SO4、H3PO4和有机酸水溶液。
  [! T5 V3 S) J. \! n+ X: n3． 大气氧化：钛在高温大气中可形成较厚坚固的无水氧化膜，对钛的全面腐蚀、间隙腐蚀都有效，方法比较简便。
5 V0 b4 A4 B" Z五、 着色
为了增加钛义齿的美感、防止钛义齿在自然条件下的继续氧化的变色，可采用表面氮化处理、大气氧化和阳极氧化法表面着色处理，使表面形成淡黄色或金黄色，提高钛义齿的美感。阳极氧化法利用钛的氧化膜对光的干涉作用，自然发色，可通过改变槽电压在钛表面形成多彩的颜色。
六、 其他表面处理
1: 表面粗化：为了提高钛与饰面树脂的粘结性能，必须对钛表面进行粗化处理，提高其粘结面积。临床上常采用喷砂粗化处理，但喷砂会造成钛表面的氧化铝的污染，我们采用草酸刻蚀的方法，得到良好的粗化效果，刻蚀1h表面粗糙度（Ra）可达到1.50±0.30μm，刻蚀2h Ra为2.99±0.57μm，比单独喷砂的Ra（1.42±0.14μm）提高一倍多，其粘结强度提高了30%。
, n+ y8 B0 i9 h6 T; b  [0 I( n2: 抗高温氧化的表面处理：为了防止钛在高温下的急剧氧化，在钛表面形成钛硅化合物及钛铝化合物，可防止钛在700℃以上温度下的氧化。这种表面处理对钛的高温氧化非常有效，也许钛表面涂覆这类化合物，对钛瓷结合有利，仍须进一步研究。

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热处理 钛合金通过调整热处理工艺可以获得不同的相组成和组织。一般认为细小等轴组织具有较好的塑性、热稳定性和疲劳强度；针状组织具有较高的持久强度、蠕变强度和断裂韧性；等轴和针状混合组织具有较好的综合性能。 常用的热处理方法有退火、固溶和时效处理。退火是为了消除内应力、提高塑性和组织稳定性，以获得较好的综合性能。通常α合金和（α＋β）合金退火温度选在（α＋β）—→β相转变点以下120～200℃；固溶和时效处理是从高温区快冷,以得到马氏体α′相和亚稳定的β相,然后在中温区保温使这些亚稳定相分解，得到α相或化合物等细小弥散的第二相质点，达到使合金强化的目的。通常(α＋β)合金的淬火在(α＋β)—→β相转变点以下40～100℃进行，亚稳定β合金淬火在(α＋β)—→β相转变点以上40～80℃进行。时效处理温度一般为450～550℃。此外,为了满足工件的特殊要求，工业上还采用双重退火、等温退火、β热处理、形变热处理等金属热处理工艺。
! ]$ E  Z7 f8 v钛合金按组织可分三类.(1钛中加入铝和锡元素.2钛中加入铝铬钼钒等合金元素.3钛中加入铝和钒等元素.)钛合金具有强度高而密度又小,机械性能好,韧性和抗蚀性能很好.另外:钛合金的工艺性能差,切削加工困难.在热加工中,非常容易吸收氢氧氮碳等杂质.还有抗磨性差,生产工艺复杂.
+ d- u3 O+ d1 [$ ttitanium alloys
* e# k# n9 }9 g* [    以钛为基加入其他元素组成的合金。钛的工业化生产是1948年开始的。航空工业发展的需要，使钛工业以平均每年约 8％的增长速度发展。目前世界钛合金加工材年产量已达4万余吨,钛合金牌号近30种。使用最广泛的钛合金是Ti-6Al-4V(TC4),Ti-5Al-2.5Sn(TA7)和工业纯钛（TA1、TA2和TA3）。
; z" V/ v9 r# Z5 F; f钛合金主要用于制作飞机发动机压气机部件，其次为火箭、导弹和高速飞机的结构件。60年代中期，钛及其合金已在一般工业中应用，用于制作电解工业的电极，发电站的冷凝器，石油精炼和海水淡化的加热器以及环境污染控制装置等。钛及其合金已成为一种耐蚀结构材料。此外还用于生产贮氢材料和形状记忆合金等。
$ ^( v# }5 ^9 x中国于1956年开始钛和钛合金研究；60年代中期开始钛材的工业化生产并研制成TB2合金。
特点 钛合金与其他金属材料相比,有下列优点:①比强度（抗拉强度／密度）高（见图）,抗拉强度可达100～140kgf/mm2，而密度仅为钢的60％。②中温强度好,使用温度比铝合金高几百度，在中等温度下仍能保持所要求的强度,可在450～500℃的温度下长期工作。③耐蚀性好,在大气中钛表面立即形成一层均匀致密的氧化膜，有抵抗多种介质侵蚀的能力。通常钛在氧化性和中性介质中具有良好的耐蚀性，在海水、湿氯气和氯化物溶液中的耐蚀性能更为优异。但在还原性介质，如盐酸等溶液中，钛的耐蚀性能较差。④低温性能好,间隙元素极低的钛合金,如TA7,在-253℃下还能保持一定的塑性。⑤弹性模量低,热导率小，无铁磁性。
0 r  P1 W3 u( U0 w合金元素 钛有两种同质异晶体:882℃以下为密排六方结构α钛，882℃以上为体心立方的β钛。合金元素根据它们对相变温度的影响可分为三类:①稳定α相、提高相转变温度的元素为α稳定元素,有铝、碳、氧和氮等。其中铝是钛合金主要合金元素，它对提高合金的常温和高温强度、降低比重、增加弹性模量有明显效果。②稳定β相、降低相变温度的元素为β稳定元素，又可分同晶型和共析型二种。前者有钼、铌、钒等；后者有铬、锰、铜、铁、硅等。③对相变温度影响不大的元素为中性元素，有锆、锡等。
     氧 、氮、碳和氢是钛合金的主要杂质。氧和氮在α相中有较大的溶解度,对钛合金有显著强化效果,但却使塑性下降。通常规定钛中氧和氮的含量分别在0.15～0.2％和0.04～0.05％以下。氢在α相中溶解度很小,钛合金中溶解过多的氢会产生氢化物，使合金变脆。通常钛合金中氢含量控制在 0.015％以下。氢在钛中的溶解是可逆的，可以用真空退火除去。
9 d4 Z: G4 Z/ Q7 l/ q* `- Z类别 钛合金根据相的组成可分为三类:α合金,(α+β)合金和β合金,中国分别以TA、TC、TB表示。
6 A& n- P5 t, t1 N ① α合金含一定量的稳定α相的元素，平衡状态下主要由α相组成。α合金比重小，热强性好、具有良好的焊接性和优异的耐蚀性,缺点是室温强度低,通常用作耐热材料和耐蚀材料。α合金通常又可分为全α合金（TA7）、近α合金 (Ti-8Al-1Mo-1V)和有少量化合物的α合金(Ti-2.5Cu)。 ② (α+β)合金含一定量的稳定α相和β相的元素，平衡状态下合金的组织为α相和β相。(α＋β)合金有中等强度、并可热处理强化，但焊接性能较差。(α＋β)合金应用广泛,其中Ti-6Al-4V合金的产量在全部钛材中占一半以上。
! t: ], k# ]0 }2 @  b1 s+ N ③ β合金含大量稳定β相的元素，可将高温β相全部保留到室温。β合金通常又可分为可热处理β合金（亚稳定β合金和近亚稳定β合金）和热稳定β合金。可热处理β合金在淬火状态下有优异的塑性，并能通过时效处理使抗拉强度达到130～140kgf/mm2。β合金通常作高强度高韧性材料使用。缺点是比重大，成本高，焊接性能差，切削加工困难。
' C# A) m! J- t+ k$ V! \$ U钛合金按用途可分为耐热合金、高强合金、耐蚀合金（钛-钼，钛-钯合金等）、低温合金以及特殊功能合金（钛-铁贮氢材料和钛-镍记忆合金）等。

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在高温下钛有很高的化学活性，易于与热处理时气氛中含有的H、O、N、Cl等元素化合，对性能产生有害影响，必须予以控制。
（1）氢：合金中含氢量通常限制在0.015～0.02%以下，超过此含量时，可能导致氢脆破断。
（2）氧：钛与氧作用会生成氧化膜，其厚度随加热温度和时间而不同，一般为40～80μm，富氧的α相层的塑性很差，在使用时易剥落。
（3）氯化物：在290℃以上温度，在氯盐和应力作用下，钛合金会产生应力腐蚀，应力腐蚀的程度与时间，温度和应力大小有关。
（4）氮：钛合金如吸收大量的氮，会使塑性显著下降。