鈦金屬的表面處理及其應(yīng)用可以從三個(gè)發(fā)面來總結(jié)：

　　一、匠性表面處理

　　鈦應(yīng)用于物頂、大夏的外壁等建材，眼睛、手表和垂飾等裝飾品，這些用途都是利用了鈦的優(yōu)良的耐蝕性，但另外還要求表面的鮮艷性、光澤性和時(shí)髦感等意匠性加工。

　　(一)表面精加工

　　1.研磨

　　2.退火加酸洗—表面失澤/灰色

　　3.真空退火+酸洗---表面有光澤/深灰色

　　4.噴丸(50-500um玻璃珠)----表面顯犁皮狀

　　5.密條紋加工：150—240#的砂帶研磨，使其具有長而連續(xù)的研磨條紋的加工方法。

　　6.花紋壓印加工(凹凸加工)--加工表面有凹凸的浮雕圖案。(經(jīng)化學(xué)刻蝕或機(jī)械雕制圖案的壓花扎制的方法。

　　7.化學(xué)刻蝕---圖案

　　(二)鏡面精加工—鈦是鏡面精加工較難的材料。

　　1.軟帶拋光：加工表面有硬化層、效率低、液：氧化鋁+水+KOH、聚氨酯帶

　　2.化學(xué)拋光：影響因素：溫度、時(shí)間和拋光液。

　　3.電解拋光：無水有機(jī)電解液對(duì)鈦有較好的電拋光作用。

　　(三)著色

　　鈦表面本來為銀白色，為了提高其意匠性，可進(jìn)行著色處理，即彩色不銹鋼。其主要色彩有青古銅、紅古銅、寶石藍(lán)、酒紅、咖啡紅、鈦金、翡翠綠、黑金、玫瑰金等等。

　　1.大氣氧化法：是在電爐等在大氣中加熱的方法，鈦表面生成氧化膜的反射光和通過氧化膜內(nèi)部，在氧化膜和鈦界面反射的內(nèi)部反射光發(fā)生光的干涉作用而顯色。成本低，著色均勻性、再現(xiàn)性差，不適用于裝飾品。

　　色度：時(shí)間：5min。300℃不變

　　350℃金屬色550紫色750赤紫

　　微黃600蘭紫800光澤灰色

　　淡黃650天藍(lán)850亮灰色

　　500淡褐700黃綠

　　2.陽極氧化法

　　是利用電解作用使金屬表面形成氧化膜過程。鈦和氧的親和性高，在特定的電解液中電解時(shí)，隨著工藝條件的變化可獲得各種顏色膜層。陽極氧化著色又稱電解著色。鈦在含氧介質(zhì)中陽極電解時(shí)，在陽極發(fā)生氧化反應(yīng)，鈦和氧結(jié)合形成鈦的氧化膜。鈦陽極氧化著色原理是由于氧化膜表面的反射光與氧化膜-鈦界面的內(nèi)部反射光，發(fā)生光的干涉作用而顯色。鈦的陽極氧化著色是電壓依賴性的，在不同電壓下電解時(shí)可生成不同厚度的氧化膜，由于光的干涉作用而顯現(xiàn)出不同的顏色。鈦的氧化膜強(qiáng)度較高，化學(xué)穩(wěn)定性好，色彩鮮艷，顏色均勻，工藝簡單，成本低，有較高的裝飾和使用價(jià)值。在工業(yè)上已用于建筑裝飾材料和各種工藝品的著色。

　　為了改善口腔修復(fù)體的美觀，美國學(xué)者Wang(1995)進(jìn)行了對(duì)鈦的陽極氧化著色進(jìn)行了初步研究。在0.1M H2SO4電解液中，在10v、15v、25v的電解電壓下，鈦表面分別出現(xiàn)金黃色、淺藍(lán)色和藍(lán)色的色調(diào)變化。采用10v電壓，對(duì)3個(gè)單位的鈦制固定橋進(jìn)行著色試驗(yàn)得到同樣的金黃色外觀。認(rèn)為陽極氧化著色法可用于鈦義齒表面著色。其著色工藝和在口腔環(huán)境下的腐蝕性和顏色穩(wěn)定性還有待于進(jìn)一步研究。

　　3.氮化法(CVD\PVD\PCVD\離子注入法)(鈦的氮化物為金黃色)。

　　采用輝光放電等離子體滲氮、物理化學(xué)氣相沉積、多弧離子鍍、氮離子注入和激光束氮化等現(xiàn)代表面改性與化學(xué)熱處理技術(shù)，都可在鈦表面形成一層金黃色TiN結(jié)構(gòu)，從而達(dá)到表面改性強(qiáng)化的目的。鈦義齒部件經(jīng)氮化處理后，表面金黃色的氮化層，可改善義齒的美學(xué)效果，提高義齒的耐磨、耐蝕等理化性能，但技術(shù)復(fù)雜，設(shè)備昂貴，鈦義齒的加工成本也將更高，表面氮化處理用于鈦義齒的著色與改性，目前，要達(dá)到臨床實(shí)用化還存在困難。

　　二、耐蝕性表面處理

　　由于鈦?zhàn)陨砭哂袃?yōu)良的耐蝕性，一般不進(jìn)行進(jìn)一步提高其耐蝕性表面處理，但為了防止鈦在較易受腐蝕的鹽酸、硫酸等非氧化性酸水溶液中的全面腐蝕，防止在NaCl水溶液中的間隙腐蝕和點(diǎn)蝕，有時(shí)采用表面處理的方法。

　　大氣氧化處理：鈦在高溫大氣中防置，就使氧化膜增厚，其膜厚隨溫度的升高，時(shí)間的延長而增厚。大氣氧化處理對(duì)鈦的全面腐蝕、間隙腐蝕都有效，方法比較簡便，但耐久性不十分可靠，這是因?yàn)榇髿庋趸幚韮H使氧化膜增厚，純鈦在腐蝕環(huán)境中，增厚的氧化膜隨時(shí)間的延長而變薄，最終導(dǎo)致腐蝕。其耐蝕性能維持的時(shí)間由大氣氧化處理?xiàng)l件(T、t)以及腐蝕環(huán)境的苛刻程度所決定的，具體預(yù)測這個(gè)時(shí)間是很困難的。要求長期穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)的部件材料一般不太采用這種方法。

　　貴金屬涂覆：鈦的耐蝕性是依靠表面形成的氧化膜來維持的。這種氧化膜的生成反應(yīng)，一般由下式表示：

　　Ti +2H2O棗→TiO2 +4H+ +4e?/P>這一反應(yīng)是陽極反應(yīng)，因此，只要提高鈦的電位就可使此反應(yīng)進(jìn)一步向右方向進(jìn)行，這意味著鈦的氧化膜的穩(wěn)定和耐蝕性的提高。但提高鈦電位，必須由對(duì)電極，并從外部施加高電壓，同時(shí)，在面積大時(shí)，施加均一電壓也很困難，所以不常采用。一般，貴金屬在苛刻的環(huán)境下，也不腐蝕，顯高電位。利用這一點(diǎn)，在鈦表面涂覆貴金屬，鈦的電位就向貴的一方(電位高的方向)，從而提高其耐蝕性。

　　在貴金屬中通常采用較便宜的Pd、Ru或者它們的氧化物(PdO、RuO2)進(jìn)行鈦的涂覆。

　　在鈦上涂覆貴金屬或其氧化物對(duì)改善其耐蝕性及其有效，涂覆處理材料的耐蝕性可與Ti?/FONT>0.15Pd合金匹敵。缺點(diǎn)是在流體或含固形物的流體中長期使用時(shí)，貴金屬膜會(huì)從鈦表面剝離，盡管這種剝離很少。目前，日本正在開發(fā)密和性好的涂覆方法，但成本更高。

　　干式工藝涂覆TiC、TiN膜(CVD、PVD、PCVD)：

　　TiC、TiN以及TiCN具有比鈦更優(yōu)良的耐蝕性，方法有氣體法、CVD、PVD、PCVD

　　氣體法，由于必須在遠(yuǎn)高于鈦相變點(diǎn)溫度下加熱，使組織、形狀發(fā)生變化等造成制品不能滿足使用要求；而CVD、PVD、PCVD法需要特殊設(shè)備而且能批量生產(chǎn)的大型設(shè)備正在開發(fā)中，成本高。(這些處理方法來提高耐蝕性的甚少，作為提高耐磨性有時(shí)采用。Pb+、Pt+注入法(離子束、電子束)

　　離子注入表面改性對(duì)提高耐蝕性非常有效，但成本更高，正在研究中，尚未實(shí)用化。

　　三、耐磨性表面處理

　　鈦的缺點(diǎn)就是耐磨性差，表面易產(chǎn)生麻面等缺陷，目前，難以適用于滑動(dòng)機(jī)械部件。目前正在積極研究開發(fā)種種表面處理方法。適用于鈦表面處理的方法有鍍Cr、Ni為代表的濕式鍍膜法、熱擴(kuò)散法、堆焊法和濺射法等，最近比較先進(jìn)的方法是CVD、PVD、PCVD表面強(qiáng)化法。

　　1.濕式鍍膜：

　　主要用鍍Cr、Ni-P法，(直接在鈦上鍍Cr困難，通常在鈦基體先鍍Ni，再鍍Cr。電解法成膜速度快，厚度數(shù)微米，(裝飾性鍍層僅1um)。是一種有效的耐磨表面處理方法。

　　2.熱擴(kuò)散法：

　　廣泛用于鋼鐵材料的硬化處理的滲碳、氮化及硼化等熱擴(kuò)散工藝，最近也被用于鈦。主要介紹一下離子氮化法與氣體氮化不同，是采用輝光放電等離子體破壞鈦表面氧化膜，因此氮化前處理，不須除去氧化膜的機(jī)械研磨、酸洗，而且氮化效率高。鈦在850度，氮化膜厚從0.7um增至5.0um，表面硬度達(dá)1200—1600Hv，具有良好的耐膜性。

　　3.堆焊法：

　　利用等離子轉(zhuǎn)移弧進(jìn)行鈦表面堆焊硬化改性也具有優(yōu)良的耐磨性。方法簡單，被處理材無須整個(gè)高溫下暴露，可防止力學(xué)性能的下降，。但須二次加工。僅局現(xiàn)于處理較厚的大型工件。

　　4.濺射法：

　　利用等離子流高速空氣射流，使滴下的熔融金屬噴鍍在被處理材表面的方法，不須真空，可在大氣中處理，生產(chǎn)效率高。但鍍膜的密合度不夠。

　　5.CVD、PCD、PCVD法

　　6.離子注入法