摘 要：鈦及其合金性質(zhì)非常活潑，其表面在空氣和水中都會很快生成一層鈍化膜。所以直接在鈦及其合金上進行電鍍非常困難，鍍層結(jié)合力很差。本文介紹了幾種提高鈦及其合金上鍍層結(jié)合力的常用方法。

　　關(guān)鍵詞：鈦合金；前處理；過渡膜；過渡金屬層；熱處理

　　一、引言

　　鈦及其合金具有強度高、重量輕、耐腐蝕的特點，所以在各種領(lǐng)域應(yīng)用都非常廣泛。特別是在電子、航空航天等領(lǐng)域，其優(yōu)點更是得到了充分地發(fā)揮。但是由于鈦合金表面易咬死、焊接性能差，要想完全發(fā)揮其作用，還必須先在其表面鍍覆上一層其他金屬，如鎳、銅、鉻、金等。這樣既發(fā)揮了鈦合金的強度高和重量輕的優(yōu)點，又改善了其表面易咬死、難焊接的缺點。

　　鈦是一種非常活潑的金屬，但通常鈦及其合金都表現(xiàn)出穩(wěn)定的性質(zhì)，這是因為鈦和空氣中的氧和氮有很強的親和力，其表面很容易生成一層致密鈍化膜。要想在鈦表面獲得結(jié)合力較好的鍍層，必須先破壞其鈍化膜。但是鈦的鈍化速度太快，鈍化膜剛被去除掉就又會馬上再生成，這給電鍍帶來了很大的困難。目前常用的方法一般有兩種：一種是加強前處理控制，即想辦法將鈦合金表面的鈍化膜破壞，并且在電鍍之前不重新生成過厚的鈍化膜，然后在相對新鮮的表面上進行電鍍；另外一種方法是進行后處理，一般是通過高溫處理，使結(jié)合力不太好的鍍層通過高溫下的擴散作用和基體結(jié)合成牢固的金屬鍵。

　　二、提高鈦合金上鍍層結(jié)合力的常用方法

　　（一）鍍前處理法

　　（1）噴砂法

　　眾所周知，噴砂可以去除金屬表面的鈍化層，又可以使其表面粗化，加強了機械咬合力，從而提高鍍層結(jié)合力。實驗證明，噴砂對鈦上電鍍同樣有效。筆者曾將噴砂和未噴砂純鈦試片進行了電鍍后結(jié)合力的比較，發(fā)現(xiàn)噴砂處理過的結(jié)合力明顯要好很多。但噴砂會增加工件的應(yīng)力，同時對于一些精度要求較高的工件是不適合噴砂處理的。

　　（2）過渡膜法

　　①氫化膜

　　哈工大張景雙等[ 1 ]在進行工業(yè)純鈦表面電鍍時采用了HCl(500ml/L)與TiCl3（10～20ml/L）的混合液再添加一些添加劑的活化配方，得到了結(jié)合力良好的鍍層。他們經(jīng)過分析發(fā)現(xiàn)，經(jīng)這種活化液處理后的鈦表面會生成一層灰黑色的膜。在這層膜上再進行電鍍，就能得到結(jié)合力良好的鍍層。利用X射線衍射法和光電子能譜法作進一步分析發(fā)現(xiàn)，這層膜的主要成分是TiH2，其分別與鈦基體和鍍層之間形成一定的金屬鍵，保證了結(jié)合力的要求。

　　②氟化膜

　　趙閨艷[ 2 ]采用NaCr2O4（250ml/L）和HF（20ml/L）混合液的配方對鈦合金進行活化，也得到了結(jié)合力良好的鍍層。經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)經(jīng)過此種活化液處理過的鈦合金表面形成了一層氟化物膜，這層膜和氫化膜相似，與鈦合金基體以及后面的鍍層都有很好的結(jié)合力。

　　（3）過渡金屬層法

　　①浸鋅法

　　南京無線電八廠的蔡積慶[ 3 ]采用兩次浸鋅的方法，在鈦表面得到了一層鋅金屬層，然后再進行化學(xué)鍍鎳和電鍍金。用這種方法得到的鍍層在180℃下加熱1小時，再于水中淬火，沒有發(fā)現(xiàn)起皮起泡現(xiàn)象。

　　上海儀表廠吳申敏[ 4 ]采用HF-ZnF2-乙二醇體系，在鈦合金表面先沉積上一層薄層鋅，再在其上進行鍍覆，也得到了結(jié)合力很好的鍍層。

　　②浸鍍鎳法

　　西安無線電技術(shù)研究所的張碧清[ 5 ]在NiCl2·6H2O(300g/L)與HBO3(30g/L)混合溶液的基礎(chǔ)上，用HF將PH值調(diào)節(jié)到3.5～4.5，在加熱到70℃時對鈦合金進行化學(xué)浸鍍鎳。鈦和鎳置換反應(yīng)生成的鍍層與基體結(jié)合力良好，在其上再進行電鍍，鍍層與基體結(jié)合力良好。

　　（二）鍍后熱處理法

　　熱處理是提高鍍層結(jié)合力的有效方法。在高溫下，鍍層和基體之間會有明顯的相互擴散，兩種不同的金屬原子之間會形成金屬鍵，從而達到提高結(jié)合力的目的。

　　黑澤一吉[ 6 ]等在鈦合金（Tc4）上電鍍Cu/Ni，后又分別在空氣和真空中進行540℃、3h的熱處理，考核后發(fā)現(xiàn)鍍層結(jié)合力有明顯提高。

　　北京航空航天大學(xué)夏益祥[ 7 ]等研究了鈦合金（Tc4）鍍后熱處理對鍍鎳或銅/鎳層結(jié)合力的影響。結(jié)果表明, 熱處理后鍍層與基體之間的界面形成以固溶體或金屬間化合物為主的擴散層, 利用XRD分析熱處理后鍍層與基體之間的界面, 發(fā)現(xiàn)擴散層中存在N i3Ti, NiTi, NiTi2 等金屬間化合物。熱處理后擴散層的厚度對結(jié)合力的提高不是關(guān)鍵因素, 結(jié)合力的提高主要取決于鍍層和基體之間是否形成金屬鍵。如果鍍層與基體之間的間隙不因為熱脹冷縮而增大，同時擴散層中的固溶體或金屬間化合物能破壞鍍層與基體之間存在的鈍化膜等非金屬膜層的完整性, 則鍍層和金屬之間可以很容易相互擴散并形成金屬鍵, 從而提高鍍層的結(jié)合力。

　　三、結(jié)論

　　提高鈦合金上鍍層與基體結(jié)合力的方法有很多種，大體分為兩類。一類是通過前處理將鈦合金表面的鈍化層去除，并在其表面覆蓋一層與基體結(jié)合力很好的過渡層，再在這層過渡層上進行電鍍。另一類是通過鍍后高溫處理使鍍層和基體之間的原子相互擴散，形成金屬間化合物或固溶體，從而達到提高結(jié)合力的目的。如果將前處理和后處理結(jié)合起來使用，效果會更好。

　　參考文獻：

　　[1].Zhang Jing shuang,et al.A new process of elect roplating on titanium and titanium alloy for aerospace [J].Trans IMF,1996,74(1):25～27.

　　[2].趙閨艷等.鈦合金電鍍[Z].航空腐蝕與防護技術(shù)資料匯編,621 所內(nèi)部資料.

　　[3].蔡積慶.空間應(yīng)用中的Ti合金化學(xué)鍍Ni和電鍍Au[J].新工藝.新技術(shù).新設(shè)備.

　　[4].吳申敏.鈦合金電鍍新工藝及其應(yīng)用[J].上海航天,1994,(3):22～24.

　　[5].張碧清.鈦合金Tc4鍍金工藝實踐[J].航天工藝,1989.

　　[6].黑澤一吉,平井英次,松村田男等人1T i 合金上のN iめつき皮膜密著性に及ほす熱處理の效果[J]1表面技術(shù),1995; 46(6):547.

　　[7].夏益祥.鈦合金鍍后熱處理對鍍層結(jié)合力的影響[J].稀有金屬材料與工程,2001.