一、前言

在化工泵行業，鈦合金材料的應用越來越多。其以優良的耐酸堿腐蝕性而聞名，被廣泛應用于氯堿、純堿和醋酸等行業。鈦作為一種用于化工設備中的耐腐蝕結構材料，已經確立了其地位，也越來越被工程技術人員重視。這是因為鈦對氧的親和力特別大，能在其表面生成一層致密的氧化膜，可以保護鈦不受介質腐蝕。其在酸性、堿性、中性鹽水溶液中和氧化性介質中具有很好的穩定性，但是鈦材表面若被鐵離子污染，在電解質中鈦與鐵會形成微電池，在電化學作用下使氫滲入鈦中，導致鈦的氫化而變脆，危急鈦設備的使用壽命和安全。

經實踐證明鈦材經過陽極化處理后可以增強其耐蝕性和絕緣性，因此對鈦表面進行陽極化處理在鈦材使用中顯得非常重要。

二、陽極化處理的基本原理及操作

1、基本原理

以TC4泵軸為例說明，即將泵軸作為陽極，將不銹鋼作為陰極，在電解質中，通過直流電作用，進行電化學反應，使TC4軸表面形成致密氧化膜的過程。因其工件有大有小，尺寸大的工件在電解池中操作也甚為不便，因此采用如圖1所示方案，該方案采用40～60V可調壓電源（內置電流表，量程30A，且電流和電壓可實現手動切換），在陰極上包裹吸水性較強的海綿，當陰極刷吸取電解液在軸上接觸移動時，軸、海綿（吸電解液）和陰極（不銹鋼棒）三者在直流電作用下，使陽極發生氧化反應。

2、操作過程

1）使用導線將陰極刷和電源負極相連接，TC4軸和電源正極連接，確保連接牢靠。

2）然后將電源電壓調節至40V。

3）再將電源從電壓檔切換至電流檔。

4）按合理比例配制電解液，使其充分溶解。

5）將陰極刷在電解液中浸泡，使包裹在不銹鋼陰極上的吸水性較好的海綿充分吸收電解液，陰極刷結構如圖2所示。

6）將陰極吸收電解液的海綿在工件表面緩慢均勻刷涂，直至電流表讀數變為零為止，此過程中鈦軸表面會逐漸變藍。（注意：該過程中嚴禁使陰極和工件發生直接碰撞，會導致倒置打火，燒傷工件表面。）

7）處理完成后，將工件使用清水沖洗干凈，并烘干保存。

三、試驗現現象及驗證結論

1、試驗現象

陰極刷在軸上經過時軸的表面呈藍色，電流表讀數為8A左右；刷子在軸表面充分接觸使軸表面藍色逐漸連續均勻時，電流表度數為0。

2、驗證結論

通過試驗現象中電流的變化可以確定TC4軸的表面形成的氧化層具有絕緣性。

將該表面陽極氧化處理和未經處理的軸在含鐵離子的酸性溶液中進行腐蝕試驗，經過一段時間后，對軸的表面質量及外徑進行檢測，發現未表面處理的軸，表面發生嚴重的銹蝕痕跡，經測量軸外徑尺寸變小；而表面處理的軸表面幾乎沒有什么變化。說明陽極氧化處理后軸的耐腐蝕能力得到了明顯提高。

經過試件截面打磨拋光后在顯微鏡下金相觀察，發現氧化層厚度平均值為9mm。

陽極化處理過程、陽極化處理過的成品軸、氧化層厚度和金相檢測結果分別如圖3～圖5所示。

四、結語

隨著鈦泵設備在化工行業的廣泛應用，對鈦材性能也提出了越來越多的要求，因此更應該對其材料進行深入研究，從而更好地發揮其材料優勢。鈦材表面氧化膜的形成對鈦材的耐腐蝕性有很大的提高，通過該工藝的使用可以使鈦材的使用范圍進一步擴大，對鈦材的應用有著巨大的意義，后續還可在這方面進行深入的研究，通過工藝方法的改進和優化，盡量使其表面氧化膜的厚度得以提高。

參考文獻

[1]吳輝煌．電化學[M]．北京：化學工業出版社，2004．

[2]曾正明．實用有色金屬材料手冊[M]．北京：機械工業出版社，2016．

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