Титан и титановые сплавы широко используются в аэрокосмической, нефтехимической и медицинской промышленности благодаря их не-токсичности, легкому весу, высокому соотношению прочности-к-весу и превосходной биосовместимости. Однако ограничения по твердости, плохая износостойкость и недостаточная стойкость к высокотемпературному окислению препятствуют дальнейшему развитию титановых сплавов. Чтобы преодолеть эти недостатки, эффективным средством улучшения стала химико-термическая обработка, также известная как химическая модификация.
Химико-термическая обработка включает изменение химического состава поверхности и микроструктуры металлических компонентов с помощью химических реакций, иногда в сочетании с физическими методами, для достижения улучшенных характеристик по сравнению с гомогенными материалами. Общие методы химико-термической обработки титана и его сплавов включают диффузию азота, диффузию углерода, диффузию бора и диффузию металлов.
Диффузионная обработка азотом создает нитриды высокой-твердости (такие как TiN и Ti2N) на поверхности титановых сплавов, обеспечивая превосходную коррозионную стойкость и износостойкость. Различные методы диффузии азота включают азотирование в солевой ванне, газовое азотирование, азотирование ионной имплантацией, азотирование ионами двойного свечения, поверхностное лазерное азотирование и вакуумное азотирование. Обработка диффузией углерода приводит к образованию карбидов на поверхности, что повышает твердость и износостойкость.
Диффузионная обработка бором образует бориды на поверхности титанового сплава, дополнительно повышая твердость и коррозионную стойкость, что подходит для применений, требующих высокой твердости и износостойкости. Такие соединения, как TiB и TiB2, образуются с помощью методов диффузии бора, которые включают твердотельные, жидкие и газовые методы.
Диффузия металла предполагает проникновение других металлических элементов на поверхность титанового сплава для создания композиционных материалов, тем самым улучшая характеристики. Выбор предварительно -диффузионных металлических элементов должен обладать хорошей растворимостью в титановых сплавах. Факторы, влияющие на растворимость металлов, включают размер атома, химическое сродство, кристаллическую структуру и относительную атомную валентность.
В заключение отметим, что каждый из различных методов химико-термической обработки титановых сплавов предлагает уникальные преимущества, и выбор метода должен соответствовать конкретным требованиям. В настоящее время широко распространены технологии диффузии азота и углерода. Поскольку технологии титана и титановых сплавов продолжают развиваться, обработка поверхности имеет значительный потенциал для улучшения характеристик продукции.
