用微弧氧化技术对钛合金进行表面改性

    慧聪表面处理网讯：钛合金广泛应用于航空航天、化工及生物医疗领域，但是其硬度较低，抗磨减摩性能差，限制了其应用，因此，利用表面改性技术改善钛合金的表面性能备受关注。通常最常用的方法是进行化学处理或化学氧化，来提高和改善基体与涂覆层的结合力以及表面的耐蚀性能。但是，化学氧化所得到的氧化膜层较薄，耐蚀性和耐久性较差。钛合金表面的氧化膜使得在钛上进行化学镀、电镀难以实现。相比之下，微弧氧化处理目前普遍被认为是最有前途的钛合金表面处理方法。

    微弧氧化，是在电解质溶液中（一般是弱碱性溶液）施加高电压（直流、交流或脉冲）在材料表面原位生长陶瓷氧化膜的过程，该过程是物理放电与电化学氧化、等离子体氧化协同作用的结果。该技术是在普通阳极氧化技术的基础上发展起来的，进一步提高电压，使电压超出法拉第区，达到氧化膜的击穿电压，就会在阳极出现火花放电现象，在材料表面形成陶瓷氧化膜，使等离子体氧化膜既有陶瓷膜的高性能，又保持了阳极氧化膜与基体的结合力。这些特点使其成为表面工程技术领域的一个研究热点。我国哈尔滨工业大学利用微弧氧化技术，在电解液中加入了醋酸钴，从而在ＴＣ４合金上生成了耐热冲击陶瓷膜，膜层与基底的结合能高于10MPa，合金在４０次循环的热震动下，依旧保持稳定，表明微弧氧化处理过的ＴＣ４合金具有极好的耐热冲击性。

    近两年来，由于在含钙和磷组分的电解液中生成的微弧氧化膜层具有高的抗磨损、抗腐蚀和生物相容性，在骨移植方面引起研究者的兴趣。韩国利用微弧氧化技术在纯钛表面上生成纳米晶氢基磷灰石陶瓷层，该膜层中磷灰石陶瓷具有很高的结晶度，拥有很强的生物相容性，显示出在整形外科和牙科的修补技术上的应用潜力。我国西安交通大学对微弧氧化生成含钙、磷氧化钛生物活性薄膜进行研究，结果表明：薄膜由锐钛矿TiO2和金红石TiO2构成，呈内层致密、外层多孔的形态；膜层中钙、磷原子比由内至外逐渐增大；膜层经水热处理后，可以转化为含氢基磷灰石的生物活性二氧化钛层。其中的金红石型膜层具有独特的电学性能、力学性能。

    β-Ｔｉ因具有优良的物理性能和生物相容性，被医学界认为是下一代整形外科和牙科的应用金属。为了提高β-Ｔｉ和人体骨组织的骨合成，可以利用微弧氧化改善β-Ｔｉ的表面的生物活性。中国台湾在β-Ｔｉ合金上利用微弧氧化技术制备TiO2陶瓷膜，并在体外和植入日本小鼠大腿末梢进行了试验。结果表明，生成了TiO2膜层，与基底结合牢固，表现出比基底纯钛更好的骨生成能力，更适合应用到医学上植入修正领域。