浅谈钛合金热氢处理技术及其应用前景

所亚南 王 帅

(中铝沈阳有色金属加工有限公司，辽宁 沈阳 110108)

一直以来，人们大多认为氢元素在钛合金中只能产生不良影响所以一直致力于氢脆性的研究，直到20世纪50年代，原西德著名学者Zwiecker还有Schleicher共同发现，在对渗氢的钛合金铸锭采用热压力加工处理时，钛合金的热变形性反而会比之前变高。20世纪70年代，隶属于莫斯科的飞机制造研究所开始了氢影响钛合金加工性能的研究，通过调查发现并提出了氢塑化的想法，现如今把这种工艺称之为热氢处理技术，也就是THT。目前，热氢处理技术已经作为一种新型的加工方法来提高钛合金的工艺性能。

一、钛合金热氢处理技术的基本概念

钛合金热氢处理技术主要就是通过氢元素在钛及钛合金中的可逆化作用对钛合金成分中的微观组织、力学性能以及热加工艺性能中，再者采用钛及钛合金的一种特殊的热处理工艺，当钛及钛合金中的氢元素含量达到规定标准浓度时，便可明显改变钛合金的组织结构。对钛及钛合金采用热加工处理，之后再利用真空除氢方式退火处理从而降低氢含量，这样一来便能够达到标准值，在以后的服役过程中钛合金则不会发生氢脆。在一般情况下，氢元素在钛合金中的溶解度相对来说比较高，氢元素的结构进入，则会对钛及钛合金材料的组织以及性能产生相对来说比较大的影响。氢元素的溶解度最高可达1700μg/g，在α-Ti中。并且随着温度的下降而急剧缩小。当对氢钛合金进行真空退火时，溶解在钛合金中的氢元素则就会从复合材料中析出，并以氢气的形式释放出来。这便是氢在钛合金中，溶解和析出的一种可逆反应。

二、钛合金热氢处理技术的应用

热氢处理技术可以应用在粉末冶金中，一般是对小规模的钛合金钛屑等进行氢渗透技术处理。当氢元素含量达到一定程度时，或者超出了氢元素在该钛合金中所能够达到的最大固溶度时，便会形成大量氢化物，从而导致材料的脆性比之前大大增强，这样一来有利于对钛合金进一步的破碎、球磨，制备出各种程度的钛合金粉末，最后对钛合金粉末进行脱氢处理。同样，采用热氢处理技术来细化组织的方式也能应用于钛合金粉末冶金零部件。通过该技术，来获得综合性能比较完善的钛合金粉末冶金件。除了这些以外，钛合金热氢处理技术还可应用在医疗上比如多孔钛合金材料的包覆。这样一来有益骨骼关节的愈合以及肌肉组织的生长。运用热氢处理技术不但能够细化组织，并且能够提高钛合金制件的拉伸弹性，由此看来这是一种一箭双雕的好办法。

三、钛合金热氢处理技术的应用前景

从上文对钛合金热氢处理技术的描述，热氢处理技术在改善钛合金的加工工艺性能以及提高钛合金综合力学性能上有着广泛的应用，不难看出，钛合金热氢处理技术具有着非常远大的应用前景。尤其是对于航空航天这样的高端技术领域，采用钛合金半成品作为其零部件。常规的方法便不能够不能解决它的组织粗化以及强韧性匹配过高等问题时。钛合金热氢处理技术便成为一种非常实用的办法出现在我们的视线里。钛合金氢热处理技术虽然能够在很大程度上明显提高拉伸弹性和疲劳强度，然而在成本方面，钛合金热氢处理技术明显比别的常规处理技术成本要高。而且，对于结构比较大的零部件来说，钛合金热氢处理技术也存在着一些问题，比如氢元素分布不均匀，技术对于设备条件要求过高等。所以，我们的当务之急是深入研究钛氢作用，开发并且完善与钛合金的实际应用相适合的技术，找到钛合金热氢处理技术的改善方法以及如何提高钛合金热氢加工工艺性能和力学性能的可行途径。而且，应该把钛合金热氢处理技术应用到其他与之类似的金属复合材料中，对展开热氢处理技术研究具有重要意义的稀有复合金属材料的加工与理论指导具有实际的生产意义。

四、结束语

热氢处理技术对改善钛合金组织结构、加工性能和力学性能有着无可厚非的优点，在钛合金产品的生产的方法上也已经相对普及。热氢处理技术对我们生活中常用钛合金和高温钛合金或者其他复合材料的开发以及利用都具有非常重要的现实意义。俄罗斯在对钛合金的热氢处理技术进行了系统研究的同时，发现了其中的规律，直到目前已经发展成为一套比较完善的技术，我们称作氢工艺，氢工艺主要包括：热氢处理技术、氢塑化技术、压结氢处理技术、机械氢处理技术。这些处理技术不仅可以单独使用，而且也可以几个结合在一起使用。今后，对氢处理钛合金的组织结构以及力学性能应该被进一步了解应，从而彻底清楚增强机理的效果，大力开发热氢处理技术以及氢工艺在钛合金中的应用。与此同时，不能松懈研究与钛性质结构相近的金属，应用于氢工艺的可能性，从而扩大其应用范围。本文简要概述了钛合金热氢处理技术的基本原理、工艺方法以及热氢处理技术对钛合金铸件、残钛、加工性能以及力学性能的影响以及近年研究成果。

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