郝百川＊，艾 樂，張秀琴

（華北理工大學(xué)冶金與能源學(xué)院，河北 唐山 063210）

隨著社會(huì)科技水平的不斷發(fā)展進(jìn)步，鈦合金材料被廣泛應(yīng)用于當(dāng)前社會(huì)領(lǐng)域，于科學(xué)技術(shù)領(lǐng)域中占據(jù)重要地位，新型鈦合金制備技術(shù)的研發(fā)，有利于更好的促進(jìn)我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的提升。所以這就需要對(duì)鈦合金材料的制作方法、性質(zhì)功能等進(jìn)行研究，以便提升材料的應(yīng)用范圍，更好的為人們現(xiàn)實(shí)生活服務(wù)[1]。下文將從鈦合金材料性能出發(fā)，對(duì)其制備方法及性能展開論述。

1 鈦合金材料的性能

對(duì)鈦合金材料進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，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(yōu)勢(shì)。

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?dú)w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(zhuǎn)化為銳鈦礦，而在915℃的情況下，銳鈦礦可以轉(zhuǎn)化為金紅石，在鈦合金材料遇到的過程中，主要關(guān)系到合金材料的大小和所包含的雜質(zhì)，也關(guān)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(jié)構(gòu)改變，所以銳鈦型的材料轉(zhuǎn)變?yōu)榻鸺t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(wěn)定性強(qiáng)，不具有毒性，應(yīng)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(zhǎng)不足387.5納米或者與387.5納米相等的情況下，導(dǎo)帶會(huì)被價(jià)帶中所包含的電子激發(fā)，以此會(huì)形成負(fù)電性的e-，其屬于高活性的電子，且在吸收光子后，價(jià)帶上也會(huì)產(chǎn)生空穴h+，材料表面上氧會(huì)獲得電子，在該反應(yīng)發(fā)生的過程中，最終的生成物氫氧自由基和原子氧的化學(xué)活性均極長(zhǎng)，對(duì)有機(jī)污染物產(chǎn)生氧化降解作用，而空穴h+直接回對(duì)半導(dǎo)體表面中所包含的有機(jī)物質(zhì)的電子產(chǎn)生一定的吸附作用，導(dǎo)致不能對(duì)光產(chǎn)生吸收作用的物質(zhì)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(xì)菌之中的有機(jī)物產(chǎn)生作用，直接形成水和二氧化碳，還會(huì)生成無(wú)機(jī)物，有利于對(duì)細(xì)菌進(jìn)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(jié)構(gòu)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(dá)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(tài)結(jié)構(gòu)涂層有利于提高合金材料的抗腐蝕性能，因?yàn)榉庆o態(tài)物質(zhì)結(jié)構(gòu)上為長(zhǎng)程無(wú)序、短程有序，內(nèi)部不存在錯(cuò)位、晶界、孿晶等缺陷，鈦合金材料結(jié)構(gòu)與成分均勻，硬度較強(qiáng)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(duì)原材料采用等高溫?zé)嵩醇訜岱绞竭M(jìn)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(jìn)而對(duì)其進(jìn)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(nèi)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(jìn)行控制，但是該制備方式需要極高的技術(shù)水平，也需要較高的制作成本。

（2）化學(xué)氣相沉積法。以復(fù)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(jìn)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(huì)產(chǎn)生電極污染，但是能量的利用率不足，所以具有一定的不穩(wěn)定性，直流電弧等離子形式能夠通過電弧所產(chǎn)生的高溫對(duì)反應(yīng)氣體進(jìn)行等離子化，但是由于電極溶化和蒸發(fā)影響，會(huì)對(duì)產(chǎn)品產(chǎn)生污染。而復(fù)核等離子形式主要是結(jié)合上述兩種方式，將其優(yōu)點(diǎn)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(chǎn)生激冷，以此形成亞微米級(jí)，采用水蒸氣反應(yīng)方式，在低溫情況下將材料進(jìn)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(zhǔn)的設(shè)備，不僅生產(chǎn)量較低，生產(chǎn)所需成本也比較高。②氣相氧化法：應(yīng)用物品四氯化鈦?zhàn)鳛樵牧?，以氧氣作為氧源，將氮?dú)夂蜌鍤庾鳛橄♂寶猓瑢⑺穆然佫D(zhuǎn)化為蒸汽放入反應(yīng)器中，使其與氧氣在高溫條件下發(fā)生反應(yīng)，溫度應(yīng)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(dòng)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(duì)生產(chǎn)設(shè)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?zhàn)鳛樯a(chǎn)的原材料，加入酸液，使其溶解成膠狀物，對(duì)其進(jìn)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(jié)活性較強(qiáng)，生產(chǎn)成本較高，不能大規(guī)模生產(chǎn)。2.2.2 溶膠法聯(lián)合凝膠法

該方式主要采用無(wú)機(jī)鈦鹽和有機(jī)鈦鹽作為主要原材料，通過有機(jī)介質(zhì)在水中對(duì)其進(jìn)行溶解，使其產(chǎn)生縮聚反應(yīng)，在經(jīng)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(chǎn)產(chǎn)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(shè)備簡(jiǎn)單，但是制作時(shí)間較長(zhǎng)，煅燒過程中極易出現(xiàn)凝膠體積增加的情況。

3 總結(jié)

綜上所述，由于鈦合金材料具有極佳的材料特性，所以相關(guān)人員需要著重對(duì)該材料進(jìn)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(zhì)量，在獲得最大經(jīng)濟(jì)效益的情況下，發(fā)揮鈦合金材料的材料性能優(yōu)勢(shì)，服務(wù)于人們的生產(chǎn)與生活。