A. 钛阳极化处理工艺和酸洗钝化
耐磨性表面处理耐磨性是钛金属最大缺点，容易产生麻面等缺陷。钛表面处理方法有镀Cr、镀Ni的湿式镀膜法、溅射法、堆焊法、热扩散法等，此外较先进的如CVD、PVD、PVCD表面强化法。
1、 湿式镀膜是一种有效的耐磨表面处理方法，先镀Ni，再镀Cr。电解法成膜速度快，厚度几微米。
2、 溅射法是利用等离子流高速空气射流，使滴下的熔融金属喷洒在被处理材料表面，无须真空，效率快。
3、 堆焊法是利用等离子转移弧对钛表面进行堆焊硬化从而具有耐磨性。适合处理较大较厚的大型工件，方法简单，无须在高温下暴露防止力学性能下降。
4、 热扩散法主要用于钢铁材料的硬化处理如渗碳、氮化、硼化等热扩散工艺。离子氮化法与气体氮化不同，离子氮化采用辉光放电等离子体破坏钛表面氧化膜，效率高。近年来用于钛，温度达到850摄氏度，氮化膜厚度从0.7微米增到5.0微米，表面硬度达1200-1600Hv，耐磨性良好。
二、耐蚀性表面处理通常对钛金属及钛合金进行耐蚀性表面处理是为了防止钛在腐蚀性强的硫酸、盐酸等非氧化性酸水溶液中被腐蚀。故采用表面处理方法如下：
5、 大气氧化处理 钛金属及合金放置在高温大气中，氧化膜会增厚，且随时间延长及温度升高而厚度增加，从而放置钛的全面腐蚀及间隙腐蚀，方法简单，但耐久性不高。且有大气氧化处理条件，温度和时间的保障。
6、 贵金属涂覆 钛的氧化膜能保护钛被腐蚀，氧化膜的生成反应公式为：Ti +2H2O枣→TiO2 +4H+ +4e?/P> 该反应为阳极反应，可通过提高钛的电位使此反应进行，提高钛的氧化膜稳定性和耐腐蚀性。面积较大时，施加均一电压比较困难故而不适用此方法。贵金属在苛刻环境下也不容易被腐蚀，而且显高电位。因此在钛金属表面涂覆贵金属，有效提高其腐蚀性。通常使用钯（Pd）和钌（Ru）及他们的氧化物进行涂覆，耐腐蚀性非常好。
7、 干式工艺涂覆TiC、TiN膜（CVD、PVD、PCVD） TiC、TiN及TiCN耐腐蚀比Ti更好，方法有气体法、CVD、PVD、PCVD，须在远高于钛相变点温度下加热，使其组织、形状发生变化造成制品不能满足使用要求，CVD、PVD、PCVD法需要特殊设备，成本高，通常此类方法不用于提高耐腐蚀性，偶尔用于提高耐磨性。
三、匠性表面处理所以进行匠性表面处理，主要是因为钛金属广泛应用于建材、手表、眼镜等装饰品，使用钛金属主要是利用其优良的耐蚀性，然饰品需要表面鲜艳、光泽、时髦，故需要进行匠性加工。
1、表面精加工①研磨；②退火加酸洗，表面失去光泽，呈灰色；③真空退火+酸洗，表面呈深灰色；④喷丸（50-500微米玻璃珠），表面呈梨皮状；⑤密条纹加工，150-240#砂带研磨，使其具有长且连续的研磨条纹；⑥花纹压印加工，即凹凸加工，加工表面有凹凸的浮雕图案；⑦化学刻蚀图案。
2、镜面精加工
对于钛材料来说，镜面精加工较难。①软带抛光，表面有硬化层则效率低；②化学抛光，由温度、时间、抛光液因素影响；③电解抛光，无水有机电解液对钛有较好的电抛光作用。
3、着色钛表面本为银白色，着色处理通常有大气氧化法、阳极氧化法、化学处理法。
B. 什么标号的钛合金硬度最高啊
钛合金的表面不能进行热处理硬化。
钛合金的耐磨可以进行表面耐磨处理。具体耐磨工艺要根据使用条件选择。
好的耐磨处理，钛合金零件的表面可以达到800HV，不影响尺寸精度。
C. 钛及钛合金表面增强技术的研究进展
表面纳米化处理
作为新型表面处理技术，纳米化处理可以实现在不改变钛及钛合金表面材料成分的前提条件下，仅使用物理、化学等手段，将材料需要处理位置上层的晶粒进行深度细化，直到纳米级别，从根本上解决材料表面抗疲劳问题，进而提升钛及钛合金表面耐腐蚀性能，在实际应用上也可以提高耐磨性能。使用喷丸法、超音速微粒轰击法等，将处理工具与工件表面进行充分作用，让钛及钛合金表面晶粒被机械方法破碎，深度细化后，对其表面进行强化。对 TC4使用高能喷丸表面纳米化技术，可以保障晶粒尺寸接近 20nm，借助表面硬度高于原材料的硬化层，提升材料抗疲劳性能。而处理 TA2后，晶粒尺寸接近 30nm的纳米表层，其表层晶粒形成可以提升材料硬化程度的形变孪晶。尤其是我国在 623K条件下在钛及钛合金处理方面要强于美国相关规范，目前是事业领先水平。使用超音速微粒轰击法，对 Ti-6Al-4V合金进行处理，可以在其表面衍生出纳米等轴组织，拥有 20nm晶粒尺寸，让合金表面相较于原材料硬度可以提升一倍以上。但是这种表面纳米化处理因为起步较晚，没有广泛推广。
表面扩渗和离子注入
与表面纳米化处理不同，表面扩渗和离子注入将金属或非金属材料掺杂在钛合金基体材料中，改变其表面组织成分，借助改性层产生提升钛合金基体表面抗性。例如钛及钛合金表面使用氮、碳等非金属材料渗透，或使用铝、钼等金属材料进行扩散，从而提高钛合金基体耐磨性与耐腐蚀性。使用网状阴极辉光放电法，将 Ta 对 TC4 基体表面进行渗镀，可以有效提升 TC4 基体耐腐蚀性能。利用固体粉末包埋法，利用制备渗钼层方式，可以有效将 TC6 表面相结构大幅度改变，让 TC6 表面硬度提升至 1400HV ；目前在科学技术快速发展，真空技术理论研究与使用功能深度也逐渐提升，可以在原有表面渗透技术基础上，衍生出一种离子注入技术。例如使用离子渗氮方法，可以将 TA7 钛合金表面硬度提高至 1200HV。而使用加弧辉光离子无氢渗碳技术，处理 Ti6AI4V 合金表面，其表面硬度可以达到 935HV，也表现出较强的耐磨性。也可以使用液相等离子电解碳氮共渗技术处理 Ti6Al4V合金，使合金表面产生 Ti沉积的硬质涂层。而增加使用该方式处理钛合金时间，可以有效提升硬质渗层厚度，提高钛合金的耐磨性。
表面涂层技术
在基体材料表面使用相应工艺进行处理，复合涂层与基体材料，使其基体表面产生保护涂层，在化学、热学等方面都具有良好性能。可以借助表面涂层的耐腐蚀与耐热性，减少生产成本支出，从而提升产品性能，在后续使用中也具有较长使用寿命。目前使用气相沉积、熔覆等方式的表面涂层技术，可以有效提升钛合金耐磨性能，对于抗腐蚀性也有较强效果。将表面活化和氢化处理有机整合，可以有效提高钛合金表面导电性能，也可以避免与例如软性雨水等接触后，产生材料腐蚀问题。而使用气相沉积技术，将 TA2、TC11 基材制成 TiAIN 膜层，可以将膜层与基体结合部分形成三种元素相互结合的冶金结合，有效增强基材各类性能。
D. 钛合金（TA、TC、TB）阐述热处理工艺
钛的热处理方法
一.钛的基本热处理:
工业纯钛是单相α 型组织,虽然在890℃以上有α-β 的多型体转变,但由于
相变特点决定了它的强化效应比较弱,所以不能用调质等热处理提高工业纯钛的
机械强度.工业纯钛唯一的热处理就是退火.它的主要退火方法有三种：1 再结
晶退火 2 消应力退火 3 真空退火.前两种的目的都是消除应力和加工硬化效应,
以恢复塑性和成型能力.
工业纯钛在材料生产过程中加工硬度效应很大.图2-26 所示为经不同冷加
工后,TA2 屈服强度的升高,因此在钛材生产过程中,经冷、热加工后,为了恢
复塑性,得到稳定的细晶粒组织和均匀的机械性能,应进行再结晶退火.工业纯
钛的再结晶温度为550-650℃,因此再结晶退火温度应高于再结晶温度,但低于
α-β 相的转变温度.在650-700℃退火可获得最高的综合机械性能（因高于700℃
的退火将引起晶粒粗大,导致机械性能下降）.退火材料的冷加工硬化一般经
10-20 分钟退火就能消除.这种热处理一般在钛材生产单位进行.为了减少高温
热处理的气体污染并进一步脱除钛材在热加工过程中所吸收的氢气,目前一般钛
材生产厂家都要求真空气氛下的退火处理.
为了消除钛材在加工过程（如焊接、爆炸复合、制造过程中的轻度冷变形）
中的残余应力,应进行消应力热处理.
消应力退火一般不需要在真空或氩气气氛中进行,只要保持炉内气氛为微氧
化性即可.
二.钛及钛合金的热处理:
为了便于进行机械工业加并得到具有一定性能的钛和钛合金,以满足各种
产品对材料性能的要求,需要对钛及钛合金进行热处理.
1．工业纯钛（TA1、TA2、TA3）的热处理
α-钛合金从高温冷却到室温时,金相组织几乎全是α 相,不能起强化作用,
因此,目前对α-钛只需要进行消应力退火、再结晶退火和真空退火处理.前
两种是在微氧化炉中进行,而后者则应在真空炉中进行.
（一）消应力退火
为了消除钛和钛合金在熔铸、冷加工、机械加工及焊接等工艺过程中所产生
的内应力,以便于以后加工,并避免在使用过程中由于内应力存在而引起开裂破
坏,对α-钛应进行消除应力退火处理.消除应力退火温度不能过高、过低,因为
过高引起晶粒粗化,产生不必要的相变而影响机械性能,过低又会使应力得不到
消除,所以,一般是选在再结晶温度以下.对于工业纯钛来说,消除应力退火的
加热温度为500-600℃.加热时间应根据工件的厚度及保温时间来确定.为了提
高经济效果并防止不必要的氧化,应选择能消除大部分内应力的最短时间.工业
纯钛消除应力退火的保温时间为15-60 分钟,冷却方式一般采用空冷.
（二）再结晶退火（完全退火）
α-钛大部分在退火状态下使用,退火可降低强度、提高塑性,得到较好的综
合性能.为了尽可能减少在热处理过程中气体对钛材表面污染,热处理温度尽可
能选得低些.工业纯钛的退火温度高于再结晶温度,但低于α 向β 相转变的温度
120-200℃,这时所得到的是细晶粒组织.加热时间视工件厚度而定,冷却方式
一般采用空冷.对于工业纯钛来说,再结晶退火的加热温度为680-700℃,保温
时间为30-120 分钟.规范的选取要根据实际情况来定,通常加热温度高时,保
温时间要短些.
需要指出的是,退火温度高于700℃时,而且保温时间长时,将引起晶粒粗
化,导致机械性能下降,同时,晶粒一旦粗化,用现有的任何热处理方法都难以
使之细化.为了避免晶粒粗化,可采取下列两种措施：
1）尽可能将退火温度选在700℃以下.
2） 退火温度如果在700℃以上时,保温时间尽可能短些,但在一般情况下,
每mm 厚度不得少于3 分钟,对于所有工件来讲,不能小于15 分钟.
（三）真空退火
钛中的氢虽无强化作用,但危害性很大,能引起氢脆.氢在α-钛中的溶解
度很小,主要呈TiH2 化合物状态存在,而TiH2 只在300℃以下才稳定.如将α-
钛在真空中进行加热,就能将氢降低至0.1%以下.当钛中含氢量过多时需要除
氢,为了除氢或防止氧化,必须进行真空退火.真空退火的加热温度与保温时间,
与再结晶退火基本相同.冷却方式为在炉中缓冷却到适当的温度,然后才能开炉,
真空度不能低于5×10-4mmHg.
二．TC4（Ti-6Al-4V）的热处理
在钛合金中,TC4 是应用比较广泛的一种钛合金,通常它是在退火状态下
使用.对TC4 可进行消除应力退火、再结晶退火和固溶时效处理,退火后的组织
是α 和β 两相共存,但β 相含量较少,约占有10%.TC4 再结晶温度为750℃.
再结晶退火温度一般选在再结晶温度以上80~100℃（但在实际应用中,可视具
体情况而定,如表5-26）,再结晶退火后TC4 的组织是等轴α 相+β 相,综合性
能良好.但对TC4 的退火处理只是一种相稳定化处理,为了充分民掘其优良性
能的潜力,则应进行强化处理.TC4 合金的α+β/β 相转变温度为980~990℃,固
溶处理温度一般选在α+β/β 转变温度以下40~100℃（视具体情况而定,如表5-26
所示）,因为在β 相区固溶处理所得到的粗大魏氏体组织虽具有持久强度高和断
裂韧性高的优点,但拉伸塑性和疲劳强度均很低,而在α+β 相区固溶处理则无此
缺点.
规 范
类 型
温 度（℃） 时间（min） 冷 却 方 式
消除应力退火 550~650 30~240 空 冷
再结晶退火 750~800 60~120 空冷或随炉冷却至590℃后空冷
真空退火 790~815
固溶处理 850~950 30~60 水 淬
时效处理 480~560 4~8h 空 冷
时效处理是将固溶处理后的TC4 加热到中等温度,保持一定时间,随后空冷.
时效处理的目的是消除固溶处理所产生的对综合性能不利的α’相.固溶处理所产
生的淬火马氏体α’,在时效过程中发生迅速分解（相变相当复杂）,使强度升高,
对此有两种看法：
1.认为由于α’分解出α+β,分解产物的弥散强化作用使TC4 强度升高.
2.认为在时效过程中,β 相分解形成ω 相,造成TC4 强化.
随着时效的进行,强度降低,对此现象也有两种不同的观点：
1．β 相的聚集使强度降低（与上述1 对应）.
2．ω 相的分解为一软化过程（与上述2 对应）.
时效温度和时间的选择要以获得最好的综合性能为准.在推荐的固溶及时效
范围内,最好通过时效硬化曲线来确定最佳工艺（如图5-28 所示.此曲线为TC4
经850℃固溶处理后,在不同温度下的时效硬化曲线）.低温时效（480-560℃）
要比大于700℃的高温时效好.因为在高温时的拉伸强度、持久和蠕变强度、断
裂韧性以及缺口拉伸性能等各方面,低温时效都比高温时效的好.
经固溶处理的TC4 综合性能比750-800℃ 退火处理后的综合性能要好.
需要指出的是,TC4 合金的加工态原始组织对热处理后的显微组织和力学性
能有较大的影响.对于高于相变温度,经过不同变形而形成的网兰状组织来说,
是不能被热处理所改变,在750~800℃退火后,基本保持原来的组织状态；对于
在相变温度以下进行加工而得到的α 及β 相组织,在750-800℃退火后,则能得
到等轴初生α相及转变的β相.前者的拉伸延性和断面收缩率都较后者低；但耐
高温性能和断裂韧性、抗热盐应力腐蚀都较高.
四．Ti-32Mo-2.5Nb 的热处理
Ti-32Mo-2.5Nb 是稳定β 型单相固溶合金,只需进行消除应力退火处理,
退火温度为750~800℃,保温一小时,冷却方式采用空冷、炉冷均可.
五．热处理中的几个问题
（一）污染问题
钛有极高的化学活性,几乎能与所有的元素作用.在室温下能与空气中的氧
起反应,生成一层极薄的氧化膜,氧化速率很小.但在高的温度下,除了氧化速
率加快并向金属晶格内扩散外,钛还与空气中的氢、氮、碳等起激烈的反应,也
能与气体化合物CO、CO2、H2O、NH4 及许多挥发性有机物反应.热处理金属元
素与工件表面的钛发生反应,使钛表面的化学成分发生变化,其中一些间隙元素
还能透过金属点阵,形成间隙固溶体.况且除氢以外,其他元素与钛的反应是不
可逆的.即使是氢,也不允许在最终热处理后,进行高温去除.间隙元素不仅影
响钛和钛合金的力学性能,而且还影响α+β/β 转变温度和一些相变过程,因此,
对于间隙元素,尤其是气体杂质元素对钛和钛合金的污染问题,在热处理中必须
引起重视.
（二）加热炉的选择
为在加热过程中防止污染,必须对不同要求的工件采取不同的措施.若在最
后经磨削或其他机械加工能将工件表面的污染层去除时,可在任何类型的加热炉
中进行加热,炉内气氛呈中性或微氧化性.为防止吸氢,炉内应绝对避免呈还原
性气氛.当工件的最后加工工序为热处理时,一定要采用真空炉（真空度要求在
1×10-4mmHg）或氩气气氛（氩气纯度在99.99%以上并且干燥）的加热炉中进行
加热.热处理完毕后,必要时用30%的硝酸加3%的氢氟酸其余为水,在50℃温
度下对工件进行酸洗,或轻微磨削,以除去表面污染层.
（四）加热方法
在热处理进行以前,首先要对加热炉炉膛进行清理,炉内不应有其他金属或
氧化皮；对于工件,则要求表面没有油污、水和氧化皮.
用真空炉对钛工件进行加热是防止污染的一种有效方法,但由于目前条件所
限,许多工厂还是采用一般加热炉.在一般加热炉中加热,根据需求的不同采用
不同的措施防止污染,比如：
1．根据工件的大小,可装在封闭的低碳钢容器中,抽真空后进行加热.若无真
空泵可通入惰性气体（氩气或氦气）进行保护,保护气体要多次反复通入、
排出,把空气完全排净.
2．使用涂层也是热处理中保护钛免遭污染的措施之一,在国外已取得一定的经
验.国内一些工厂也在采用高温漆和玻璃涂料作涂层.有人认为,目前对钛
所用的各种保护涂层,只能减少污染的深度,并不能完全免除污染.对每种
热处理,必须考虑允许的污染深度,选择合适有效的涂层,其中也包括热处
理后的剥离.
3．若用火焰加热,在加热过程中切忌火焰直接喷射在钛工件上,煤气火焰是钛
吸氢的主要根源之一.而用燃油加热,如若不慎将会引起钛工件过分氧化或
增碳.
（五） 冷却
钛和钛合金热处理的冷却方式主要是空冷或炉冷,也有采用油冷或风扇冷却
的.淬火介质可用低粘度油或含3%NaOH 的水溶液,但通常使用最广泛的淬火
介质是水.
只要能满足钛和钛合金对冷却速度的要求.一般钢的热处理所采用的冷却装
置对钛都适用.
E. 钛及钛合金表面处理技术和应用
在钛合金表面镀Ni、Ni-Cr 合金、Ni-P 合金能提高其耐磨性。在钛合金上直接电镀的主要困难在于镀层和基体的结合力差。为了得到一种结合力良好的镀层，常用的电镀工艺流程为: 除油→清洗→浸蚀→清洗→镀前处理→清洗→电镀→热处理。为此，国内外对电镀、化学镀的研究主要集中在镀前处理( 如浸蚀) 和镀后热处理。刘毅等对钛合金化学酸洗工艺流程进行了研究，介绍了熔融盐工序及酸洗工序过程，并对酸洗工艺条件和常见缺陷提出了解决办法。Wallace采用了一种含HF 和甲酰胺或二甲替酰胺的溶液进行前处理活化，在钛基表面获得一层令人满意的TiH2膜。经过活化膜处理的钛合金表面直接进行化学沉积或电沉积，均能得到结合力良好的镀覆层。张柯采用一种浸锌活化工艺。该法是在去除氧化膜之后形成新的氧化膜之前沉积上浸锌层，浸锌层既能阻挡基体被氧化又充当镀层的过渡层，还起到活化的作用。Brunelli 等人研究了Ti-6Al-4V 合金镀Ni 后热处理对镀层结合力的影响，结果表明800℃ 处理40h 后表面σ 达900HV，硬化层δ 大于300μm。范洪富等对钛基化学镀Ni-P 合金镀层热处理，250℃处理1h 后镀层耐腐蚀性能优于耐磨性能;400℃处理1h 后耐磨性优于耐腐蚀性。