钛合金胶接表面处理方法和表面分析技术对比研究

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1、钛合金胶接表面处理方法和表面分析技术对比研究李永梅（河北志诚建设有限公司河北邯郸056000）【摘要】本文介绍了各种钛合金胶接表面处理方法及其表面分析技术，评述了各种表面处理方法对胶接耐久性的贡献。?.jyqkbondingsurfacetreatmentmethodsandsurfaceanalysistechniquesparativestudyLiYong-mei（HebeiZhichengConstructionCo.，LtdHandanHebei056000）【Abstract】Thisarticledescribesthevarioustitaniumb

2、ondingsurfacetreatmentmethodsandsurfaceanalysistechniques，revieentsonbondingdurability.【Keyent；Titanium1.前言（1）由于钛合金具有比强度高、耐温性好、抗腐蚀性好，特别是与炭纤维复合材料等有良好的电化学相容性和相近的热膨胀系数等特点，钛合金与钛合金、钛合金与复合材料胶接结构广泛应用于航空航天领域［1］。?（2）胶接结构中，胶接接头的强度及耐久性至关重要，被粘材料的表面性质又直接影响胶接接头的性能，因此被粘材料表面处理的研究就显得尤为重要。研究表面处理对表面物质的影响

3、、处理后表面的稳定性、鉴别污染物、界面间相互作用等胶接现象及胶接破坏后的断面分析是研究胶接表面的重要步骤［2］。本文介绍了钛合金胶接表面处理方法和表面分析技术，并对各种表面处理方法的胶接耐久性进行了比较。2.钛合金表面处理方法目前，用于钛合金胶接表面处理的方法主要包括：机械方法、化学方法、电化学方法和物理方法等。?2.1机械方法。机械方法一般包括打磨和喷砂两种方法。这两种方法由于胶接强度高、操作简单而广泛应用于工业生产。此类方法产生宏观粗糙表面，高温耐久性较好，但湿热耐久性较差。如Clearfield［3］等人用楔子试验证实了喷砂处理的TC4／FM-300M胶接件4

4、50℃真空热老化优于铬酸阳极氧化（ChromicAcidAnodize，CAA），但湿热耐久性较差。?2.2化学蚀刻方法。?（1）化学方法是指在常温或加热条件下采用各种腐蚀液蚀刻钛合金表面的方法。此方法一般包括酸蚀法、碱蚀法和无机盐蚀刻法。?（2）酸蚀法与磷酸盐氟化物（Phosphate-Fluoride，PF）或改性磷酸盐氟化物（ModifiedPhosphate-Fluor-ide，MPF）无机盐蚀刻法处理钛合金表面的剥离强度和搭接剪切强度相当，但此法耐久性较差，且易发生析氢腐蚀［2］。Mahoon［4］研究了一种碱性过氧化物蚀刻法减少了钛合金的析氢腐蚀，所产生

5、的金红石型氧化层具有胶接强度高且在200℃稳定的特点。?（3）一些无机盐化学处理方法作为产品已应用于工业生产。PaulD．Miller［5-6］等人使用PF处理钛合金表面得到锐钛型氧化膜。FilbeyJ.A.［7］用TURCO5578蚀刻表面产生约17.5nm厚，比PF处理的表面更粗糙、耐久性更好的氧化层。DapCotreat［2］蚀刻钛表面产生6nm薄氧化层，胶接接头耐久强度优于PF和MPF（60℃，100％RH，800天楔子试验）。VAST（VoughtAbrasiveSurfaceTreatment）方法［2，8］使用含2％氟硅酸的氧化铝泥浆高压喷涂钛合金表面

6、后用5％硝酸浸泡，处理后钛合金耐久性强度比TURCO5578略低，比PF稍高。PasaJell［3，8］处理钛表面产生5～7nm锐钛型氧化层，相同压力耐久性试验中湿法打磨／PasaJell甚至优于CAA。?（4）化学处理方法蚀刻钛表面除去弱界面层，产生十到数百纳米厚度的坚固稳定氧化层。氧化层宏观粗糙度较多。微观粗糙度很少，耐久性优于机械方法，稍差于电化学方法。?2.3电化学处理方法。?（1）自1973年波音公司发明了钛合金铬酸阳极化工艺以来，电化学方法处理钛合金胶接表面的研究得到了迅速发展。?（2）铬酸阳极化在5％铬酸、少量含氟添加剂的槽液中进行，由于处理后的钛合金

7、表面具有优良的耐湿热老化性能，得到广大研究者们的青睐。MelvinC．Locke和YokimoriMoji［9，10］用CAA处理的钛合金表面氧化层有明显的微观粗糙度（峰到谷2.1μm），厚度40～80nm，具有栏状层细胞结构和凸形纤维结构增加机械互锁，提高了耐久性。虽然CAA处理的表面较其他方法处理的表面有更好的湿热耐久性，但铬酸毒性较强，此种方法不宜推广［2，3，7～13］。其他酸性阳极氧化如铬酸一硫酸、重铬酸钠一硫酸、磷酸、甲酸等虽然可以产生有一定胶接强度的氧化层，但表面微观粗糙度很小，初始扭剪强度很低，长期耐久性较差［2］。?（3）氢氧化钠阳极化（Sod