新鈦合金材料的性能分析

郝百川＊，艾 樂，張秀琴

（華北理工大學冶金與能源學院，河北 唐山 063210）

隨著社會科技水平的不斷發展進步，鈦合金材料被廣泛應用于當前社會領域，于科學技術領域中占據重要地位，新型鈦合金制備技術的研發，有利于更好的促進我國經濟水平的提升。所以這就需要對鈦合金材料的制作方法、性質功能等進行研究，以便提升材料的應用范圍，更好的為人們現實生活服務[1]。下文將從鈦合金材料性能出發，對其制備方法及性能展開論述。

1 鈦合金材料的性能

對鈦合金材料進行研究發現，其表面雖然與普通的合金材料相比除了具有一定的量子尺寸、小尺寸和宏觀量子等多種效用之外，還具備下面多種優勢。

1.1 物化特性

鈦合金材料主要包括板鈦礦、銳鈦礦和金紅石三種，由于板鈦礦主要屬于正交晶系，而金紅石和銳鈦礦主要歸屬于四方晶系，在高溫情況下，一旦溫度超過650℃，板鈦礦就能夠轉化為銳鈦礦，而在915℃的情況下，銳鈦礦可以轉化為金紅石，在鈦合金材料遇到的過程中，主要關系到合金材料的大小和所包含的雜質，也關系到新型鈦合金材料的制備方式，顆粒越小的合金材料，可以在越低的溫度下完成結構改變，所以銳鈦型的材料轉變為金紅石型的鈦合金材材料所需的溫度只要在600℃以下即可[2]，鈦合金材料具有一定的生物惰性，穩定性強，不具有毒性，應用安全。

1.2 光催化性能

銳鈦型的鈦合金材料禁帶寬度為3.2eV，一旦其與光子的波長不足387.5納米或者與387.5納米相等的情況下，導帶會被價帶中所包含的電子激發，以此會形成負電性的e-，其屬于高活性的電子，且在吸收光子后，價帶上也會產生空穴h+，材料表面上氧會獲得電子，在該反應發生的過程中，最終的生成物氫氧自由基和原子氧的化學活性均極長，對有機污染物產生氧化降解作用，而空穴h+直接回對半導體表面中所包含的有機物質的電子產生一定的吸附作用，導致不能對光產生吸收作用的物質被氧化分解。最終生成的氫氧自由基、原子氧及空穴h+均能夠與細菌之中的有機物產生作用，直接形成水和二氧化碳，還會生成無機物，有利于對細菌進行消滅，消除異味和油漬。

1.3 鈦合金材料的抗腐蝕性能

鈦合金材料的結構與涂層相組織決定了其耐腐蝕性能，使用適用于鈦表面制備耐腐蝕涂層的電解液，在接觸過程中具有最小的電解腐蝕電流。不同電解液形成的涂層其電解腐蝕電流由小到達的順序如銳鈦礦+金紅石、銳鈦礦、金紅石、金紅石（熱氧化物），非晶態結構涂層有利于提高合金材料的抗腐蝕性能，因為非靜態物質結構上為長程無序、短程有序，內部不存在錯位、晶界、孿晶等缺陷，鈦合金材料結構與成分均勻，硬度較強且具有一定的耐磨性能。

2 鈦合金材料的制備方法

2.1 氣相法

（1）物理氣相沉積法。采用高頻、等離子體或者高頻方式對原材料采用等高溫熱源加熱方式進行加熱處理，以便原材料能夠汽化，在汽化過程中形成等離子體，進而對其進行驟冷處理，以便等離子體能夠形成凝聚的納米粒子。采用該方式制成的鈦合金材料具有極高的純凈度，且顆粒分布均勻，顆粒直徑比較小，具有極好的分散性[3]，通過分析材料內部顆粒的大小及分布情況，能夠以氣體壓力改變方式和加溫形式進行控制，但是該制備方式需要極高的技術水平，也需要較高的制作成本。

（2）化學氣相沉積法。以復合等離子體形式、高頻等離子體形式和直流電弧等離子體形式進行等離子氣相合成，以此制備鈦合金材料。

其中高頻等離子體形式不會產生電極污染，但是能量的利用率不足，所以具有一定的不穩定性，直流電弧等離子形式能夠通過電弧所產生的高溫對反應氣體進行等離子化，但是由于電極溶化和蒸發影響，會對產品產生污染。而復核等離子形式主要是結合上述兩種方式，將其優點融合，以此完成新型鈦合金材料的制備。

①氣相合成法：以噴霧方式，使其與惰性氣體產生激冷，以此形成亞微米級，采用水蒸氣反應方式，在低溫情況下將材料進行合成，采用該方式制作的鈦合金材料，不僅純度較高，還具有極好的單分散性，只是在采用該方式制備材料的過程中，需要較為精準的設備，不僅生產量較低，生產所需成本也比較高。②氣相氧化法：應用物品四氯化鈦作為原材料，以氧氣作為氧源，將氮氣和氬氣作為稀釋氣，將四氯化鈦轉化為蒸汽放入反應器中，使其與氧氣在高溫條件下發生反應，溫度應控制在900℃以上，控制在1400℃以下[4]。采用該方式制作鈦合金材料，具有極高的自動化程序，且制成的材料具有極好的單分散性，顆粒度極好，透光性也比較高，但是對生產設備的要求也。

2.2 液相法

2.2.1 溶膠法

其主要是采用硫酸氧鈦作為生產的原材料，加入酸液，使其溶解成膠狀物，對其進行表面活性的處理[5]，以獲得膠狀顆粒，并加熱，分解而得到制備材料。采用該方式制作鈦合金材料具有極好的分散性，燒結活性較強，生產成本較高，不能大規模生產。2.2.2 溶膠法聯合凝膠法

該方式主要采用無機鈦鹽和有機鈦鹽作為主要原材料，通過有機介質在水中對其進行溶解，使其產生縮聚反應，在經過溶膠和凝膠后，形成凝膠，并通過加熱或者冷凍處理[6]，以此生產產品。采用該方式制備鈦合金材料，純度較高，具有極好的分散性，煅燒的溫度也不需要過高，需要的設備簡單，但是制作時間較長，煅燒過程中極易出現凝膠體積增加的情況。

3 總結

綜上所述，由于鈦合金材料具有極佳的材料特性，所以相關人員需要著重對該材料進行研究，以不斷完善合金材料的制備方式，提升制備效率，提升材料的使用質量，在獲得最大經濟效益的情況下，發揮鈦合金材料的材料性能優勢，服務于人們的生產與生活。