表面处理说明

钛金属阳极氧化：用直流电在钛表面生成氧化层

钛的阳极氧化不是涂层。直流电使金属自身生长出氧化膜，设定的电压决定膜的厚度。本文说明其机理、实用电压区间，以及哪些情况下阳极氧化不适合作为机加工钛件的表面处理。

直流阳极氧化Ti-6Al-4V 与 TA2电压决定颜色薄膜、公差稳定

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原理

将钛件放入弱酸槽液并通以直流电，阳极处生成氧。这些氧并不停留在金属表面之上，而是与表面已有的钛原子结合，因此氧化膜同时向内和向外生长。结果是膜成为零件的一部分，而不是涂覆上去的层。

电解液通常为稀酸或中性盐溶液。硫酸、磷酸、铬酸和草酸槽液均可使用，同一电压下每种槽液会使最终颜色略有偏移。浓度的影响比人们预期的小，起主要作用的是电流密度和电压上限。

由于膜由基体生长而来，不会像电镀层那样崩裂或剥落。这是航空航天和医疗工程师指定该工艺的主要原因。钛上的氧化膜被划伤属于外观问题，只要划痕未触及裸金属，就不构成腐蚀通道。

该膜还是电绝缘体。当膜厚达到几百纳米后，槽液电流几乎停止。这种自限性正是整流器上以电压而非时间作为控制量的原因。

电压

初期厚度与电压近似线性关系。根据槽液和合金不同，每伏约生长 1.5 至 2.5 nm 氧化膜。设定 20 V 得到薄干涉膜，设定 80 V 得到厚得多的膜。时间只决定是否达到设定点，不决定最终膜厚。

颜色来自光的干涉，而非染料。白光照射到膜上，一部分在外表面反射，一部分在金属界面反射，两束反射波在不同波长上相消或相长。因此同一槽液在 15 V 呈青铜色，25 V 左右呈紫色，35 V 附近呈蓝色，超过 60 V 呈绿金色。更换合金，整个色阶都会偏移。

实际生产中按区间而非单值控制。零件间 5 V 的差异通常肉眼可见，因此客户要求配色一致时，应整批在同一槽液、同一电压下处理。将一批分到两台整流器上是颜色不一致最常见的原因。

高电压并非没有代价。超过约 100 V 后，槽液发热和打火成为实际风险，膜可能变得粉化。对多数装饰和功能用途，10 至 80 V 已覆盖全部需要。

合金影响

TA1、TA2 等工业纯钛的阳极氧化可预测。色阶一致，车间无需试片即可按电压报价。纯钛属于简单情形。

Ti-6Al-4V（TC4、Grade 5）则不同。合金中的铝和钒会改变氧化膜在 α 相和 β 相上的形成方式。在纯钛上给出纯净蓝色的 30 V，在 Ti-6Al-4V 上可能给出较暗、略带斑驳的蓝色。仍是可用的表面处理，只是不同合金之间并不一致。

这一差异对组件装配有影响。若支架为 Ti-6Al-4V、盖板为纯钛，两者都在 30 V 下阳极氧化，颜色不会一致。要么用同一合金一起处理，要么接受差异，要么改用喷砂等非颜色类表面处理。

对医疗和牙科用途，合金还会影响生物相容性声明。氧化膜本身稳定且惰性，但阳极氧化前的表面化学状态很关键。零件必须清洁、无刀具嵌入的铁污染，并在规范要求时进行钝化。

边界

阳极氧化是表面处理，不是修复。它不会掩盖加工痕迹。实际上，薄的干涉膜会让痕迹更明显，因为光同时从膜和下方金属反射。若零件需要均匀外观，应在阳极氧化前喷砂或抛光，而不是之后。

膜很薄。30 V 的蓝色膜通常为 50 至 80 nm，远低于机加工特征上任何有意义的公差。对公差为 ±0.005 mm 的零件，阳极氧化不会使其超差。这是该表面处理在精密加工中的最大优势之一。

耐磨性一般。钛阳极氧化不像铝的 Type III 硬质氧化。它能抵抗轻微磨损和手指油脂，在洁净室操作中表现稳定，但与钢滑动接触时会被磨穿。如果应用涉及滑动磨损，应考虑其他方案。

耐腐蚀性良好但并非无限。钛表面的自然氧化层在大多数环境中已能提供保护。阳极氧化加厚了该层并增加颜色，但不会让钛适用于热浓酸或含氟介质。

过程控制

清洗是第一步。任何油污、切削液残留或加工嵌入的铁都会表现为斑块或色差。钛零件应除油、用去离子水冲洗，并在入槽前戴洁净手套操作。裸手留下的残留足以改变表面效果。

阴极也很重要。钛或不锈钢阴极需有足够表面积，使零件各处电流密度均匀。阴极过小会迫使局部电流偏高，导致复杂几何形状出现边缘效应和颜色不均。

搅拌和温度控制保持槽液稳定。长时间运行中槽液漂移几摄氏度，整批就会出现可见色差。对颜色要求严格的工件，应固定槽液温度并在零件之间检查。

挂具接触是容易被忽视的失效点。零件必须牢固连接以保证电流流通，但接触点本身不会氧化，会留下小裸点。应将挂具接触点设计在非外观面，或安排补修工序。

选型指南

在发出图纸询价前，用此表选择表面处理。