结构及拉伸性能
脱祥明 李 楠(北京有金属研究总院，北京100088) (联大应用文理学院)
关键词: 氧化膜 组成 结构 性能
1 前 言
60年代俄罗斯建造一座钛包覆经阳极氧化、象征火箭发射台的纪念碑。70年代英国、美国、日本等都十分重视钛阳极氧化工艺的研究，试制了装饰品、手表壳、彩画等，并申请了发明专利权。
国内也研究了用阳极氧化的方法在钛板和钛镀层表面获得彩画的工艺，并进一步推广钛制品进入装饰品和工艺美术等领域。
v50值
阳极氧化膜具有比钛更高的硬度、强度、耐蚀性及耐磨性，是理想的装饰层和保护层。
2 试验方法
2.1 试验材料
采用工厂生产Υ26mm的TA2纯钛及TC4钛合金棒材。热处理制度为TA2 700℃/1h，空冷;TC4为750℃/1h，空冷。
将制备好的金相试样及标准拉伸试样(TC4、TA2)洗净，干燥后进行氧化着试验。 2.2 阳极氧化着试验
试验设备采用阳极氧化着仪，系直流电源，其可调的直流电压为0～150V。电解液采用5%酒石酸铵溶液。在试样阳极氧化过程中，主要控制电压，电压不同氧化膜厚度不同。在光的干涉下各种不同厚度的氧化膜呈现出各种颜，详见表1。 表1 氧化膜颜随电压的变化
电压U/V20306085110颜棕蓝黄红绿
根据这个原理，把制备好的试样与电源的阳极连接，用阴极毛笔蘸上电解液后，在试样上进行氧化，调节电压，即可得到所需要的氧化膜厚度。
3 试验结果
3.1 氧化膜的表观与增重
拉伸试样进行阳极氧化着，电压增高，氧化膜的厚度增加，也就是说氧化后的试样重量也增加。在电压为20～60V 时，呈现棕、蓝、黄，重量均增加0.3mg；在电压为85V时呈现红，重量增加到0.6mg；在电压为110V时呈现绿，重量增加到1.1m g[1,2]。氧化后重量增加与电压之间关系详见图1。
3.2 氧化膜的组成及结构
第21卷 第3期 稀 有 金 属 1997年5月DOI:10.13373/j ki.cjr m.1997.03.017
图1 钛材氧化层增重与电压的关系
用TN5500X射线能谱仪对试样进行测定，膜层主要由钛和氧组成，并沿着表层分布比较均匀。同时采用APD-10X射线粉末衍射仪对氧化后的试样进行检测，确定了氧化膜由TiO2和TiO组成。X射线衍射图像上的TiO2的衍射线，分别对应于(101)、(004)、(200)晶面,2θ角分别为25°40′、38°05′、48°05′，结构为正方晶格。另可见TiO的衍射线，分别位于(110)、(101)晶面处，其2θ角为36°45′、38°05′，结构为六方晶格。
3.3 氧化膜的厚度
将试样切成半圆形的薄片，其侧面经磨光后酸洗，然后调节电压进行阳极氧化，再经磨光后即可在光
学显微镜上观察氧化膜的厚度，其厚度随电压升高而增加，详见表2。
止推片
表2 膜层厚度随电压的变化
电压U/V20306085110
膜层厚度/mm0.0050.0080.0110.0130.018 将抛光后的试样在HF∶HNO3∶H2O= 1∶3∶7混合液中侵蚀后，取端面的一部分进行阳极氧化着，然后在光学显微镜下观察，详见图2。图中左部是基体组织，右部是连续、致密、透明的氧化膜。透过氧化膜，可以清晰地看出膜下的显微组织与基体均为等轴α+转变β相
。
矫眼镜大鼠解剖图2 T C4合金显微组织
3.4 氧化膜的显微硬度
将TA2纯钛和TC4合金金相试样进行阳极氧化，对应不同的电压得到不同厚度的氧化膜。采用了显微硬度方法，对钛材表面的硬化层进行了测试，发现氧化膜的硬度高于钛材基体的硬度，并且随着氧化膜的厚度增加硬度也增加。氧化膜的厚度为0.005～0.011mm时，硬度缓慢地提高，当氧化膜厚度为0.013～0.018mm 时，其硬度急剧提高。TA2纯钛最高显微硬度为3050M Pa,TC4合金最高显微硬度为4050.3M Pa。本试验氧化膜的硬度变化与电压的关系见图3。
纯露怎么提取3.5 钛材阳极氧化后的拉伸性能
对TC4合金标准拉伸试样进行阳极氧化后，测试其室温拉伸性能。图4表示0～110V电压对TC4合金室温拉伸性能的影响。可以看出阳极氧化后的抗拉强度
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稀 有 金 属 21卷
不锈钢表面钝化
图3
钛材氧化膜硬度变化与电压的关系
图4 0～110V 电压对T C4合金室温
机械性能的影响
和屈服强度与无氧化的试样相比略高20～30MPa ，延伸率和断面收缩率略低2%～3%，仍能满足国标GB2965-82要求。说明钛材表面经阳极氧化后仍具有良好的
拉伸性能。
4 分析讨论
阳极氧化后的氧化层具有很高的显微硬度和良好的拉伸性能。但是在阳极氧化过程中，电压达110V 时，有烧伤钛材表
面的现象，特别是钛镀层采用过高电压进行氧化时容易击穿镀层。
5 结 论
1.钛材通过阳极氧化，在表面呈现出的丰富调是一种新的工艺美术方法，可以制成彩钛板画。
2.钛材阳极氧化膜是由TiO 2和TiO 组成的，具有优良特性，可以广泛应用于工业领域中。
3.阳极氧化工艺简单，不需要昂贵的设备，成本较低。
6 参考文献
1 芦浦保之.チタニウム·ジルコニウム.1975,23(2):75.
2 伊藤英男.チタニウム·ジルコニウム.1975,23(2):79.
(1996年10月22日收到修改稿)
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3期 脱祥明等 钛及钛合金阳极氧化着层结构及拉伸性能
