A. 鈦陽極化處理工藝和酸洗鈍化
耐磨性表面處理耐磨性是鈦金屬最大缺點，容易產生麻面等缺陷。鈦表面處理方法有鍍Cr、鍍Ni的濕式鍍膜法、濺射法、堆焊法、熱擴散法等，此外較先進的如CVD、PVD、PVCD表面強化法。
1、 濕式鍍膜是一種有效的耐磨表面處理方法，先鍍Ni，再鍍Cr。電解法成膜速度快，厚度幾微米。
2、 濺射法是利用等離子流高速空氣射流，使滴下的熔融金屬噴灑在被處理材料表面，無須真空，效率快。
3、 堆焊法是利用等離子轉移弧對鈦表面進行堆焊硬化從而具有耐磨性。適合處理較大較厚的大型工件，方法簡單，無須在高溫下暴露防止力學性能下降。
4、 熱擴散法主要用於鋼鐵材料的硬化處理如滲碳、氮化、硼化等熱擴散工藝。離子氮化法與氣體氮化不同，離子氮化採用輝光放電等離子體破壞鈦表面氧化膜，效率高。近年來用於鈦，溫度達到850攝氏度，氮化膜厚度從0.7微米增到5.0微米，表面硬度達1200-1600Hv，耐磨性良好。
二、耐蝕性表面處理通常對鈦金屬及鈦合金進行耐蝕性表面處理是為了防止鈦在腐蝕性強的硫酸、鹽酸等非氧化性酸水溶液中被腐蝕。故採用表面處理方法如下：
5、 大氣氧化處理 鈦金屬及合金放置在高溫大氣中，氧化膜會增厚，且隨時間延長及溫度升高而厚度增加，從而放置鈦的全面腐蝕及間隙腐蝕，方法簡單，但耐久性不高。且有大氣氧化處理條件，溫度和時間的保障。
6、 貴金屬塗覆 鈦的氧化膜能保護鈦被腐蝕，氧化膜的生成反應公式為：Ti +2H2O棗→TiO2 +4H+ +4e?/P> 該反應為陽極反應，可通過提高鈦的電位使此反應進行，提高鈦的氧化膜穩定性和耐腐蝕性。面積較大時，施加均一電壓比較困難故而不適用此方法。貴金屬在苛刻環境下也不容易被腐蝕，而且顯高電位。因此在鈦金屬表面塗覆貴金屬，有效提高其腐蝕性。通常使用鈀（Pd）和釕（Ru）及他們的氧化物進行塗覆，耐腐蝕性非常好。
7、 乾式工藝塗覆TiC、TiN膜（CVD、PVD、PCVD） TiC、TiN及TiCN耐腐蝕比Ti更好，方法有氣體法、CVD、PVD、PCVD，須在遠高於鈦相變點溫度下加熱，使其組織、形狀發生變化造成製品不能滿足使用要求，CVD、PVD、PCVD法需要特殊設備，成本高，通常此類方法不用於提高耐腐蝕性，偶爾用於提高耐磨性。
三、匠性表面處理所以進行匠性表面處理，主要是因為鈦金屬廣泛應用於建材、手錶、眼鏡等裝飾品，使用鈦金屬主要是利用其優良的耐蝕性，然飾品需要表面鮮艷、光澤、時髦，故需要進行匠性加工。
1、表面精加工①研磨；②退火加酸洗，表面失去光澤，呈灰色；③真空退火+酸洗，表面呈深灰色；④噴丸（50-500微米玻璃珠），表面呈梨皮狀；⑤密條紋加工，150-240#砂帶研磨，使其具有長且連續的研磨條紋；⑥花紋壓印加工，即凹凸加工，加工表面有凹凸的浮雕圖案；⑦化學刻蝕圖案。
2、鏡面精加工
對於鈦材料來說，鏡面精加工較難。①軟帶拋光，表面有硬化層則效率低；②化學拋光，由溫度、時間、拋光液因素影響；③電解拋光，無水有機電解液對鈦有較好的電拋光作用。
3、著色鈦表面本為銀白色，著色處理通常有大氣氧化法、陽極氧化法、化學處理法。
B. 什麼標號的鈦合金硬度最高啊
鈦合金的表面不能進行熱處理硬化。
鈦合金的耐磨可以進行表面耐磨處理。具體耐磨工藝要根據使用條件選擇。
好的耐磨處理，鈦合金零件的表面可以達到800HV，不影響尺寸精度。
C. 鈦及鈦合金錶面增強技術的研究進展
表面納米化處理
作為新型表面處理技術，納米化處理可以實現在不改變鈦及鈦合金錶面材料成分的前提條件下，僅使用物理、化學等手段，將材料需要處理位置上層的晶粒進行深度細化，直到納米級別，從根本上解決材料表面抗疲勞問題，進而提升鈦及鈦合金錶面耐腐蝕性能，在實際應用上也可以提高耐磨性能。使用噴丸法、超音速微粒轟擊法等，將處理工具與工件表面進行充分作用，讓鈦及鈦合金錶面晶粒被機械方法破碎，深度細化後，對其表面進行強化。對 TC4使用高能噴丸表面納米化技術，可以保障晶粒尺寸接近 20nm，藉助表面硬度高於原材料的硬化層，提升材料抗疲勞性能。而處理 TA2後，晶粒尺寸接近 30nm的納米表層，其表層晶粒形成可以提升材料硬化程度的形變孿晶。尤其是我國在 623K條件下在鈦及鈦合金處理方面要強於美國相關規范，目前是事業領先水平。使用超音速微粒轟擊法，對 Ti-6Al-4V合金進行處理，可以在其表面衍生出納米等軸組織，擁有 20nm晶粒尺寸，讓合金錶面相較於原材料硬度可以提升一倍以上。但是這種表面納米化處理因為起步較晚，沒有廣泛推廣。
表面擴滲和離子注入
與表面納米化處理不同，表面擴滲和離子注入將金屬或非金屬材料摻雜在鈦合金基體材料中，改變其表面組織成分，藉助改性層產生提升鈦合金基體表面抗性。例如鈦及鈦合金錶面使用氮、碳等非金屬材料滲透，或使用鋁、鉬等金屬材料進行擴散，從而提高鈦合金基體耐磨性與耐腐蝕性。使用網狀陰極輝光放電法，將 Ta 對 TC4 基體表面進行滲鍍，可以有效提升 TC4 基體耐腐蝕性能。利用固體粉末包埋法，利用制備滲鉬層方式，可以有效將 TC6 表面相結構大幅度改變，讓 TC6 表面硬度提升至 1400HV ；目前在科學技術快速發展，真空技術理論研究與使用功能深度也逐漸提升，可以在原有表面滲透技術基礎上，衍生出一種離子注入技術。例如使用離子滲氮方法，可以將 TA7 鈦合金錶面硬度提高至 1200HV。而使用加弧輝光離子無氫滲碳技術，處理 Ti6AI4V 合金錶面，其表面硬度可以達到 935HV，也表現出較強的耐磨性。也可以使用液相等離子電解碳氮共滲技術處理 Ti6Al4V合金，使合金錶面產生 Ti沉積的硬質塗層。而增加使用該方式處理鈦合金時間，可以有效提升硬質滲層厚度，提高鈦合金的耐磨性。
表面塗層技術
在基體材料表面使用相應工藝進行處理，復合塗層與基體材料，使其基體表面產生保護塗層，在化學、熱學等方面都具有良好性能。可以藉助表面塗層的耐腐蝕與耐熱性，減少生產成本支出，從而提升產品性能，在後續使用中也具有較長使用壽命。目前使用氣相沉積、熔覆等方式的表面塗層技術，可以有效提升鈦合金耐磨性能，對於抗腐蝕性也有較強效果。將表面活化和氫化處理有機整合，可以有效提高鈦合金錶面導電性能，也可以避免與例如軟性雨水等接觸後，產生材料腐蝕問題。而使用氣相沉積技術，將 TA2、TC11 基材製成 TiAIN 膜層，可以將膜層與基體結合部分形成三種元素相互結合的冶金結合，有效增強基材各類性能。
D. 鈦合金（TA、TC、TB）闡述熱處理工藝
鈦的熱處理方法
一.鈦的基本熱處理:
工業純鈦是單相α 型組織,雖然在890℃以上有α-β 的多型體轉變,但由於
相變特點決定了它的強化效應比較弱,所以不能用調質等熱處理提高工業純鈦的
機械強度.工業純鈦唯一的熱處理就是退火.它的主要退火方法有三種：1 再結
晶退火 2 消應力退火 3 真空退火.前兩種的目的都是消除應力和加工硬化效應,
以恢復塑性和成型能力.
工業純鈦在材料生產過程中加工硬度效應很大.圖2-26 所示為經不同冷加
工後,TA2 屈服強度的升高,因此在鈦材生產過程中,經冷、熱加工後,為了恢
復塑性,得到穩定的細晶粒組織和均勻的機械性能,應進行再結晶退火.工業純
鈦的再結晶溫度為550-650℃,因此再結晶退火溫度應高於再結晶溫度,但低於
α-β 相的轉變溫度.在650-700℃退火可獲得最高的綜合機械性能（因高於700℃
的退火將引起晶粒粗大,導致機械性能下降）.退火材料的冷加工硬化一般經
10-20 分鍾退火就能消除.這種熱處理一般在鈦材生產單位進行.為了減少高溫
熱處理的氣體污染並進一步脫除鈦材在熱加工過程中所吸收的氫氣,目前一般鈦
材生產廠家都要求真空氣氛下的退火處理.
為了消除鈦材在加工過程（如焊接、爆炸復合、製造過程中的輕度冷變形）
中的殘余應力,應進行消應力熱處理.
消應力退火一般不需要在真空或氬氣氣氛中進行,只要保持爐內氣氛為微氧
化性即可.
二.鈦及鈦合金的熱處理:
為了便於進行機械工業加並得到具有一定性能的鈦和鈦合金,以滿足各種
產品對材料性能的要求,需要對鈦及鈦合金進行熱處理.
1．工業純鈦（TA1、TA2、TA3）的熱處理
α-鈦合金從高溫冷卻到室溫時,金相組織幾乎全是α 相,不能起強化作用,
因此,目前對α-鈦只需要進行消應力退火、再結晶退火和真空退火處理.前
兩種是在微氧化爐中進行,而後者則應在真空爐中進行.
（一）消應力退火
為了消除鈦和鈦合金在熔鑄、冷加工、機械加工及焊接等工藝過程中所產生
的內應力,以便於以後加工,並避免在使用過程中由於內應力存在而引起開裂破
壞,對α-鈦應進行消除應力退火處理.消除應力退火溫度不能過高、過低,因為
過高引起晶粒粗化,產生不必要的相變而影響機械性能,過低又會使應力得不到
消除,所以,一般是選在再結晶溫度以下.對於工業純鈦來說,消除應力退火的
加熱溫度為500-600℃.加熱時間應根據工件的厚度及保溫時間來確定.為了提
高經濟效果並防止不必要的氧化,應選擇能消除大部分內應力的最短時間.工業
純鈦消除應力退火的保溫時間為15-60 分鍾,冷卻方式一般採用空冷.
（二）再結晶退火（完全退火）
α-鈦大部分在退火狀態下使用,退火可降低強度、提高塑性,得到較好的綜
合性能.為了盡可能減少在熱處理過程中氣體對鈦材表面污染,熱處理溫度盡可
能選得低些.工業純鈦的退火溫度高於再結晶溫度,但低於α 向β 相轉變的溫度
120-200℃,這時所得到的是細晶粒組織.加熱時間視工件厚度而定,冷卻方式
一般採用空冷.對於工業純鈦來說,再結晶退火的加熱溫度為680-700℃,保溫
時間為30-120 分鍾.規范的選取要根據實際情況來定,通常加熱溫度高時,保
溫時間要短些.
需要指出的是,退火溫度高於700℃時,而且保溫時間長時,將引起晶粒粗
化,導致機械性能下降,同時,晶粒一旦粗化,用現有的任何熱處理方法都難以
使之細化.為了避免晶粒粗化,可採取下列兩種措施：
1）盡可能將退火溫度選在700℃以下.
2） 退火溫度如果在700℃以上時,保溫時間盡可能短些,但在一般情況下,
每mm 厚度不得少於3 分鍾,對於所有工件來講,不能小於15 分鍾.
（三）真空退火
鈦中的氫雖無強化作用,但危害性很大,能引起氫脆.氫在α-鈦中的溶解
度很小,主要呈TiH2 化合物狀態存在,而TiH2 只在300℃以下才穩定.如將α-
鈦在真空中進行加熱,就能將氫降低至0.1%以下.當鈦中含氫量過多時需要除
氫,為了除氫或防止氧化,必須進行真空退火.真空退火的加熱溫度與保溫時間,
與再結晶退火基本相同.冷卻方式為在爐中緩冷卻到適當的溫度,然後才能開爐,
真空度不能低於5×10-4mmHg.
二．TC4（Ti-6Al-4V）的熱處理
在鈦合金中,TC4 是應用比較廣泛的一種鈦合金,通常它是在退火狀態下
使用.對TC4 可進行消除應力退火、再結晶退火和固溶時效處理,退火後的組織
是α 和β 兩相共存,但β 相含量較少,約佔有10%.TC4 再結晶溫度為750℃.
再結晶退火溫度一般選在再結晶溫度以上80~100℃（但在實際應用中,可視具
體情況而定,如表5-26）,再結晶退火後TC4 的組織是等軸α 相+β 相,綜合性
能良好.但對TC4 的退火處理只是一種相穩定化處理,為了充分民掘其優良性
能的潛力,則應進行強化處理.TC4 合金的α+β/β 相轉變溫度為980~990℃,固
溶處理溫度一般選在α+β/β 轉變溫度以下40~100℃（視具體情況而定,如表5-26
所示）,因為在β 相區固溶處理所得到的粗大魏氏體組織雖具有持久強度高和斷
裂韌性高的優點,但拉伸塑性和疲勞強度均很低,而在α+β 相區固溶處理則無此
缺點.
規 范
類 型
溫 度（℃） 時間（min） 冷 卻 方 式
消除應力退火 550~650 30~240 空 冷
再結晶退火 750~800 60~120 空冷或隨爐冷卻至590℃後空冷
真空退火 790~815
固溶處理 850~950 30~60 水 淬
時效處理 480~560 4~8h 空 冷
時效處理是將固溶處理後的TC4 加熱到中等溫度,保持一定時間,隨後空冷.
時效處理的目的是消除固溶處理所產生的對綜合性能不利的α』相.固溶處理所產
生的淬火馬氏體α』,在時效過程中發生迅速分解（相變相當復雜）,使強度升高,
對此有兩種看法：
1.認為由於α』分解出α+β,分解產物的彌散強化作用使TC4 強度升高.
2.認為在時效過程中,β 相分解形成ω 相,造成TC4 強化.
隨著時效的進行,強度降低,對此現象也有兩種不同的觀點：
1．β 相的聚集使強度降低（與上述1 對應）.
2．ω 相的分解為一軟化過程（與上述2 對應）.
時效溫度和時間的選擇要以獲得最好的綜合性能為准.在推薦的固溶及時效
范圍內,最好通過時效硬化曲線來確定最佳工藝（如圖5-28 所示.此曲線為TC4
經850℃固溶處理後,在不同溫度下的時效硬化曲線）.低溫時效（480-560℃）
要比大於700℃的高溫時效好.因為在高溫時的拉伸強度、持久和蠕變強度、斷
裂韌性以及缺口拉伸性能等各方面,低溫時效都比高溫時效的好.
經固溶處理的TC4 綜合性能比750-800℃ 退火處理後的綜合性能要好.
需要指出的是,TC4 合金的加工態原始組織對熱處理後的顯微組織和力學性
能有較大的影響.對於高於相變溫度,經過不同變形而形成的網蘭狀組織來說,
是不能被熱處理所改變,在750~800℃退火後,基本保持原來的組織狀態；對於
在相變溫度以下進行加工而得到的α 及β 相組織,在750-800℃退火後,則能得
到等軸初生α相及轉變的β相.前者的拉伸延性和斷面收縮率都較後者低；但耐
高溫性能和斷裂韌性、抗熱鹽應力腐蝕都較高.
四．Ti-32Mo-2.5Nb 的熱處理
Ti-32Mo-2.5Nb 是穩定β 型單相固溶合金,只需進行消除應力退火處理,
退火溫度為750~800℃,保溫一小時,冷卻方式採用空冷、爐冷均可.
五．熱處理中的幾個問題
（一）污染問題
鈦有極高的化學活性,幾乎能與所有的元素作用.在室溫下能與空氣中的氧
起反應,生成一層極薄的氧化膜,氧化速率很小.但在高的溫度下,除了氧化速
率加快並向金屬晶格內擴散外,鈦還與空氣中的氫、氮、碳等起激烈的反應,也
能與氣體化合物CO、CO2、H2O、NH4 及許多揮發性有機物反應.熱處理金屬元
素與工件表面的鈦發生反應,使鈦表面的化學成分發生變化,其中一些間隙元素
還能透過金屬點陣,形成間隙固溶體.況且除氫以外,其他元素與鈦的反應是不
可逆的.即使是氫,也不允許在最終熱處理後,進行高溫去除.間隙元素不僅影
響鈦和鈦合金的力學性能,而且還影響α+β/β 轉變溫度和一些相變過程,因此,
對於間隙元素,尤其是氣體雜質元素對鈦和鈦合金的污染問題,在熱處理中必須
引起重視.
（二）加熱爐的選擇
為在加熱過程中防止污染,必須對不同要求的工件採取不同的措施.若在最
後經磨削或其他機械加工能將工件表面的污染層去除時,可在任何類型的加熱爐
中進行加熱,爐內氣氛呈中性或微氧化性.為防止吸氫,爐內應絕對避免呈還原
性氣氛.當工件的最後加工工序為熱處理時,一定要採用真空爐（真空度要求在
1×10-4mmHg）或氬氣氣氛（氬氣純度在99.99%以上並且乾燥）的加熱爐中進行
加熱.熱處理完畢後,必要時用30%的硝酸加3%的氫氟酸其餘為水,在50℃溫
度下對工件進行酸洗,或輕微磨削,以除去表面污染層.
（四）加熱方法
在熱處理進行以前,首先要對加熱爐爐膛進行清理,爐內不應有其他金屬或
氧化皮；對於工件,則要求表面沒有油污、水和氧化皮.
用真空爐對鈦工件進行加熱是防止污染的一種有效方法,但由於目前條件所
限,許多工廠還是採用一般加熱爐.在一般加熱爐中加熱,根據需求的不同採用
不同的措施防止污染,比如：
1．根據工件的大小,可裝在封閉的低碳鋼容器中,抽真空後進行加熱.若無真
空泵可通入惰性氣體（氬氣或氦氣）進行保護,保護氣體要多次反復通入、
排出,把空氣完全排凈.
2．使用塗層也是熱處理中保護鈦免遭污染的措施之一,在國外已取得一定的經
驗.國內一些工廠也在採用高溫漆和玻璃塗料作塗層.有人認為,目前對鈦
所用的各種保護塗層,只能減少污染的深度,並不能完全免除污染.對每種
熱處理,必須考慮允許的污染深度,選擇合適有效的塗層,其中也包括熱處
理後的剝離.
3．若用火焰加熱,在加熱過程中切忌火焰直接噴射在鈦工件上,煤氣火焰是鈦
吸氫的主要根源之一.而用燃油加熱,如若不慎將會引起鈦工件過分氧化或
增碳.
（五） 冷卻
鈦和鈦合金熱處理的冷卻方式主要是空冷或爐冷,也有採用油冷或風扇冷卻
的.淬火介質可用低粘度油或含3%NaOH 的水溶液,但通常使用最廣泛的淬火
介質是水.
只要能滿足鈦和鈦合金對冷卻速度的要求.一般鋼的熱處理所採用的冷卻裝
置對鈦都適用.
E. 鈦及鈦合金錶面處理技術和應用
在鈦合金錶面鍍Ni、Ni-Cr 合金、Ni-P 合金能提高其耐磨性。在鈦合金上直接電鍍的主要困難在於鍍層和基體的結合力差。為了得到一種結合力良好的鍍層，常用的電鍍工藝流程為: 除油→清洗→浸蝕→清洗→鍍前處理→清洗→電鍍→熱處理。為此，國內外對電鍍、化學鍍的研究主要集中在鍍前處理( 如浸蝕) 和鍍後熱處理。劉毅等對鈦合金化學酸洗工藝流程進行了研究，介紹了熔融鹽工序及酸洗工序過程，並對酸洗工藝條件和常見缺陷提出了解決辦法。Wallace採用了一種含HF 和甲醯胺或二甲替醯胺的溶液進行前處理活化，在鈦基表面獲得一層令人滿意的TiH2膜。經過活化膜處理的鈦合金錶面直接進行化學沉積或電沉積，均能得到結合力良好的鍍覆層。張柯採用一種浸鋅活化工藝。該法是在去除氧化膜之後形成新的氧化膜之前沉積上浸鋅層，浸鋅層既能阻擋基體被氧化又充當鍍層的過渡層，還起到活化的作用。Brunelli 等人研究了Ti-6Al-4V 合金鍍Ni 後熱處理對鍍層結合力的影響，結果表明800℃ 處理40h 後表面σ 達900HV，硬化層δ 大於300μm。范洪富等對鈦基化學鍍Ni-P 合金鍍層熱處理，250℃處理1h 後鍍層耐腐蝕性能優於耐磨性能;400℃處理1h 後耐磨性優於耐腐蝕性。