钛合金凭着轻量、高强、耐腐蚀的特性,在航空航天、生物医学及高端装备领域展现出不可替代的应用价值。但它也有致命短板:耐磨性差、容易黏住金属、表面永远是单调的银灰色。为克服钛及钛合金的这些缺点,常常需要进行表面处理,如电镀、微弧氧化、电泳涂装和阳极氧化等。
一.电镀:给钛金属穿件"防护衣"
原理:
像给金属"刷漆",靠电解作用在表面镀一层金属膜,能防锈、耐磨、变美观。
功能:
1.耐磨:在Ti6Al4V钛合金表面镀纳米纯镍,硬度和耐磨性蹭蹭涨;
2.高温防卡技巧:钛叶片镀银后,在500℃高温下摩擦也不会"焊死"在一起,航空发动机的"咬合难题"就靠它解决。
难点:钛太容易和氧"交朋友",表面总顶着一层氧化膜,电镀时膜会捣乱。
解决办法:
1.用硫酸镍电解液加活化剂,先用电脉冲"激活"钛表面,再镀镍。
2.用氢氟酸+二甲基甲酰胺溶液腐蚀钛表面,直接镀铜也能粘得很牢。
二.微弧氧化:让钛表面"长出"陶瓷盔甲
原理:
靠高压电火花在钛表面"烧"出一层陶瓷膜,成分主要是钛的氧化物。
功能:
1.陶瓷膜和钛基体像树根扎进泥土一样咬合,用液压机压到200兆帕都不会脱落。
2.膜厚几百微米,硬如陶瓷,耐蚀、耐磨、抗热。
定制玩法:
往电解液里加高锰酸钾,能做出又耐蚀又抗菌的钛膜!
三.电泳涂装:给钛金属"泡个彩色澡"
原理:
把钛件放进带电的涂料水里,涂料微粒会"排队"附在表面形成漆膜。
优点:
1.无毒、水溶性,比传统喷漆环保。
2.自动化程度高,汽车车身90%都用这招涂底漆。
3.生物相容性好,比如TA4钛合金涂聚氨酯,能用在医疗领域。
小知识:
阴极电泳比阳极更厉害,防腐蚀和覆盖能力更强。
四.阳极氧化:给钛金属刻上"纳米指纹"
原理:
相当于给金属做3D打印反向操作,钛做阳极通电,在电解液里长出氧化膜,分为两种形态:
1.致密型:几十到几百纳米厚,光滑致密,生物相容性好,适合防腐和医用。
2.多孔型:在含氟电解液里能长成TiO₂纳米管阵列,像无数根纳米吸管排列着。
神奇应用:
1.纳米管比表面积超大,可做光催化材料(分解污染物)、太阳能板。
2.做成氢敏传感器,对氢气超敏感,响应快且稳定。
3.用在锂电池里,防腐蚀还提高充放电效率。