鈦及鈦合金具有很多的優(yōu)異性能，特別是最佳的綜合性能，因而在各個(gè)工業(yè)領(lǐng)域中獲得了廣泛地應(yīng)用。但是鈦及鈦合金有兩個(gè)缺點(diǎn)，一是在還原性介質(zhì)（如硫酸、鹽酸）中不耐腐蝕；二是不耐磨損，希望在表面處理后能得到改善。

另外，眾多的金屬材料和金屬零件，其表面也存在這樣或那樣問(wèn)題，需要改善或解決，因此，表面技術(shù)這門(mén)科學(xué)得已長(zhǎng)足地發(fā)展。

表面技術(shù)是有巨大發(fā)展前途的現(xiàn)代技術(shù)，從20世紀(jì)60年代以后，等離子體、電子束、激光束、離子束、微波、超音速火焰、超高真空等科學(xué)技術(shù)的成果逐步引入到表面科學(xué)與工程中，各種機(jī)械、裝飾、特種功能的薄膜及涂層，把材料表面改成人們期望的需求。鈦的表面經(jīng)過(guò)技術(shù)處理以后能獲得各種新的功能，鈦在表面處理技術(shù)中已收到高度重視和獲得廣泛應(yīng)用。目前應(yīng)用最多的是等離子氮化、離子注入、氣相沉積等方法。

等離子氮化技術(shù)

鈦及鈦合金經(jīng)等離子氮化（滲氮）后，使其表面硬度、耐磨性和在還原性介質(zhì)中的耐蝕性有大幅度的提高，而且保持基體的原有的優(yōu)良綜合性能。在等離子氮化方面，我國(guó)廣州有色金屬研究院取得了顯著地成績(jī)。例如濕法冶金用的液槽加熱盤(pán)管，采用離子氮化的鈦合金盤(pán)管，安全，壽命長(zhǎng)。又如化工廠萃酚生產(chǎn)關(guān)鍵設(shè)備的中和鍋攪拌軸軸套，要求密封性好，采用離子氮化鈦軸套，保證了密封性，生產(chǎn)穩(wěn)定正常，安全運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)間延長(zhǎng)10倍以上。再如，在脫硫的堿液循環(huán)管路上的閥芯、閥座，用1Cr18Ni9Ti材料制造，使用18天便損壞。采用離子氮化鈦閥芯的氣動(dòng)閥芯、閥座，使用三年多仍完好無(wú)損。

天然氣開(kāi)采中，高壓防硫采氣井口裝置是控制天然氣生產(chǎn)的高壓設(shè)備，其中關(guān)鍵部件井口平板閥密封部件的閥板、閥座，要求高壓（10~67MPa）下長(zhǎng)期工作，短時(shí)間承受30~80MPa壓力能安全可靠，啟閉靈活，耐酸性介質(zhì)腐蝕。另外還要求材質(zhì)表面硬度大于45HRC，耐強(qiáng)力磨損，抗高速氣流沖刷，耐高比壓擦傷，摩擦系數(shù)低，密封比壓小等綜合性能。選擇鈦合金TC4和TA7制造平板閥密封部件，進(jìn)行離子氮化處理解決了這一難題。

離子氮化處理的TC4鈦合金閥板與閥座實(shí)物照片

經(jīng)現(xiàn)場(chǎng)試用證明，離子氮化處理的鈦合金密封組合件的密封性好，可在高壓下安全可靠運(yùn)行。

鈦材等離子氮化能顯著地提高表面硬度，940℃處理，純鈦硬度提高6~8倍，TC4和TA7均可提高3~4倍。即便在800℃下處理，其表面硬度也有明顯提高。表面硬度的提高與氮化層相組成有關(guān)，以（TiN）相為主的氮化層表面硬度比以（Ti2N）相為主的氮化層高得多。就是說(shuō)氮化層表面硬度是由它倆相和相對(duì)含量決定的。

鈦材氮化前后表面及其相組成的關(guān)系如下表。

由此表中可以看出，無(wú)論是TA2、TC4還是TA7，氮化后表面硬度均有大幅度提高。從而其耐磨性相對(duì)提高，磨耗量和摩擦系數(shù)大幅度下降，摩擦面狀況顯著改善。氮化后的TA2、TC4和TA7鈦材在鹽酸和硫酸中的耐蝕性均大為提高。

此外，對(duì)鈦材還可進(jìn)行滲硼和滲氧處理。用無(wú)水硼砂（Na3B4O7）的熔鹽電解法對(duì)純鈦進(jìn)行滲硼處理，處表面硬度2000HV，與S45C鋼在同等條件下處理結(jié)果比較，滲硼的鈦材耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于S45C鋼。理溫度850~950℃，處理時(shí)間3~15h，電流密度200~600A/mm2，表面硬度超過(guò)2000HV，與S45C鋼在同等條件下處理結(jié)果比較，滲硼的鈦材耐磨性遠(yuǎn)優(yōu)于S45C鋼。

用輝光放電等離子表面滲氧處理方法，使鈦材表面上形成氧化鈦層，其硬度接近或達(dá)到氮化鈦的硬度，可做高硬度、耐磨、耐蝕的表面改性膜。