钛-玻璃连接工艺研究(2)
1.1 钛合金的表面改性技术 （1） 微弧氧化技术 微弧氧化技术是一项在金属材料表面原位生长氧化物的新技术，是在阳极氧化理论的基础上发展起来的，但与普通的阳极氧化存在区别，是阳极氧化的多样性发展应用的结果[8,9,10]。该种技术已成熟应用于镁、铝合金的表面处理，并在阳极氧化理论方面得到了突破[11]，它能够在钛合金表面制备含有P、Al、Ca的陶瓷膜。对钛合金表面进行微弧氧化处理，能够在钛表面形成与钛基底结合强度高、抗磨损性更好的氧化膜，因此该表面处理技术在国防军工、航空航天、机械、船舶、电气等行业的关键零部件的表面处理工艺中得到了广泛的应用。其原理是在电解液中让金属充当阳极，通过高压电的作用，将阳极氧化的法拉第区引入到高压放电区，在微弧放电、等离子体放电以及化学，热化学，物理等联合作用下，使金属表面产生一层致密多孔的微弧氧化陶瓷膜[12]。有报道称，通过该表面处理技术在TC4 表面得到了比阳极氧化膜高近 2 个数量级的陶瓷氧化膜。李健学等人[13]的报告指出，对钛表面进行微弧氧化处理后，可有效提高钛与异种材料之间的连接强度，且有报道指出该膜层与钛基底之间的结合强度可达到 56.9MPa[14]。与未处理的钛合金表面相比，通过微弧氧化工艺处理后的钛合金表面因被氧化而呈多孔状，这种多孔结构能够增加钛表面的粗糙度和材料的表面能，可以提高非金属材料与金属材料之间的连接强度[15]。 （2） 空气喷砂技术 空气喷砂技术是一种普遍采用的使表面粗糙化的方法，该方法是在净化过后的压缩空气作用下，采用压缩空气为动力（通过调节喷砂压力大小）形成高速的喷射束流，通过喷砂机将研磨材料高速喷射到材料表面，高速运动的喷砂介质与材料基体表面产生相互作用。在高速的喷砂介质的强烈撞击作用下，使基体材料表面的形状发生变化，产生大量不规则起伏的凹坑，这些凹坑增大了材料的表面积，并且使表面得到粗化，让工件的表面获得一定的粗糙度。影响表面的粗糙度的关键因素有磨料种类、喷砂介质的大小、喷嘴与基体表面的距离、压缩空气压力的大小、喷射角度和喷砂时间等。喷砂磨料可以是喷射效果强烈、表面快速粗化的金属磨料，也可以是效果较为柔和的树脂磨料，普遍使用的喷砂磨料包括氧化钛砂、金刚砂、白刚玉（Al 2O3）、氧化硅砂（SiO2）等。采用不同目数的砂粒处理材料表面可以获得不同的粗糙度。Wennerberg 等[16,17]用不同粒度大小的喷砂颗粒在光滑的纯钛试样表面进行喷砂处理，得出的结论是喷砂磨料的粒度越大，喷砂处理之后材料表面的粗糙度会越大。
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