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金屬是國民經濟發(fā)展中的基礎原材料，通常從礦石中提取，然后進行加工，制備成為具有特定形狀和尺寸的零部件。

鈦是一種重要的金屬材料，鈦合金在航空航天和國防等領域具有廣泛的應用，主要用于制造飛機零件和發(fā)動機。

高溫鍛造是鈦合金成型的重要工藝方法，在高溫塑性成型過程中，鈦及鈦合金表面會形成脆性層。這種脆性層嚴重影響鈦合金零件的質量。

鈦及鈦合金表面脆性層是如何形成的呢？當鈦暴露在高溫下時，由于氧擴散到鈦中而形成硬脆層，稱為α層。

圖 鈦合金表面α層（來源網絡）

鈦是一種強度很高的金屬，α層減少了表面在開裂前能夠承受的應變量。鈦及鈦合金表面開裂會形成裂紋，最終導致零件失效。零件的失效可能導致飛機墜毀和人員傷亡。

有三種不同的可能方法來處理鈦上的α層形成：預防、最小化或去除。行業(yè)內目前解決該問題采用的工藝是通過化學研磨去除。

化銑主要是指將鍛造產品浸入裝有強酸、氫氟酸或硝酸的容器中，以去除α層。目前化學研磨工藝并不是解決該問題的理想方法，因為航空業(yè)的法規(guī)非常嚴格，這使得化學研磨造價十分昂貴。

這也使相關公司面臨法律風險，因為在極端情況下，化學品泄漏可能會傷害員工以及周圍環(huán)境。此外，廢氫氟酸必須進行處理，從而引起更深層次的環(huán)境問題。

在Gurappa的研究工作，α層的反應動力學得到了解釋。在一些已經完成的工作中，研究了不同加熱溫度和不同工藝下的α層厚度。針對去除鈦表面α層所用的化銑酸浴開展了相應的研究。

此外，還研究了特定時間和溫度下形成的α層的厚度，并分析了化銑去除α層的速度。旨在使表面存在α層的鈦化銑的時間僅足以去除α層。

如果α層深度不正確，將發(fā)生不必要的化銑，酸浴將比必要時更快耗盡。一些研究已經測試了不同涂層在鈦表面上防止或盡量減少α層的形成。很多工作仍在進行當中。

從目前的進展看，幾方面工作仍有待深入開展。其一，α層的產生機制，旨在探討預防和減輕α層的形成。其二，不同涂層對α層的影響，旨在探尋更好的防護涂層。其三，鈦及鈦合金表面α層的評估方法，精準確定α層的深度，輔助形成正確地化銑工藝。

該問題的研究，有利于提升鈦及鈦合金鍛造件的安全性，提升鈦合金α層去除工藝的經濟性。

參考文獻：

Justin Chretien,Matthew King, William Proia, Stacy Rudolf.Titanium Alpha Case Prevention.2010.04. In cooperation with Wyman-Gordon company.