钛及钛合金具有很多的优异性能，特别是最佳的综合性能，因而在各个工业领域中获得了广泛地应用。但是钛及钛合金有两个缺点，一是在还原性介质（如硫酸、盐酸）中不耐腐蚀；二是不耐磨损，希望在表面处理后能得到改善。

另外，众多的金属材料和金属零件，其表面也存在这样或那样问题，需要改善或解决，因此，表面技术这门科学得已长足地发展。

表面技术是有巨大发展前途的现代技术，从20世纪60年代以后，等离子体、电子束、激光束、离子束、微波、超音速火焰、超高真空等科学技术的成果逐步引入到表面科学与工程中，各种机械、装饰、特种功能的薄膜及涂层，把材料表面改成人们期望的需求。钛的表面经过技术处理以后能获得各种新的功能，钛在表面处理技术中已收到高度重视和获得广泛应用。目前应用最多的是等离子氮化、离子注入、气相沉积等方法。

等离子氮化技术

钛及钛合金经等离子氮化（渗氮）后，使其表面硬度、耐磨性和在还原性介质中的耐蚀性有大幅度的提高，而且保持基体的原有的优良综合性能。在等离子氮化方面，我国广州有色金属研究院取得了显著地成绩。例如湿法冶金用的液槽加热盘管，采用离子氮化的钛合金盘管，安全，寿命长。又如化工厂萃酚生产关键设备的中和锅搅拌轴轴套，要求密封性好，采用离子氮化钛轴套，保证了密封性，生产稳定正常，安全运转时间延长10倍以上。再如，在脱硫的碱液循环管路上的阀芯、阀座，用1Cr18Ni9Ti材料制造，使用18天便损坏。采用离子氮化钛阀芯的气动阀芯、阀座，使用三年多仍完好无损。

天然气开采中，高压防硫采气井口装置是控制天然气生产的高压设备，其中关键部件井口平板阀密封部件的阀板、阀座，要求高压（10~67MPa）下长期工作，短时间承受30~80MPa压力能安全可靠，启闭灵活，耐酸性介质腐蚀。另外还要求材质表面硬度大于45HRC，耐强力磨损，抗高速气流冲刷，耐高比压擦伤，摩擦系数低，密封比压小等综合性能。选择钛合金TC4和TA7制造平板阀密封部件，进行离子氮化处理解决了这一难题。

离子氮化处理的TC4钛合金阀板与阀座实物照片

经现场试用证明，离子氮化处理的钛合金密封组合件的密封性好，可在高压下安全可靠运行。

钛材等离子氮化能显著地提高表面硬度，940℃处理，纯钛硬度提高6~8倍，TC4和TA7均可提高3~4倍。即便在800℃下处理，其表面硬度也有明显提高。表面硬度的提高与氮化层相组成有关，以（TiN）相为主的氮化层表面硬度比以（Ti2N）相为主的氮化层高得多。就是说氮化层表面硬度是由它俩相和相对含量决定的。

钛材氮化前后表面及其相组成的关系如下表。

由此表中可以看出，无论是TA2、TC4还是TA7，氮化后表面硬度均有大幅度提高。从而其耐磨性相对提高，磨耗量和摩擦系数大幅度下降，摩擦面状况显著改善。氮化后的TA2、TC4和TA7钛材在盐酸和硫酸中的耐蚀性均大为提高。

此外，对钛材还可进行渗硼和渗氧处理。用无水硼砂（Na3B4O7）的熔盐电解法对纯钛进行渗硼处理，处表面硬度2000HV，与S45C钢在同等条件下处理结果比较，渗硼的钛材耐磨性远优于S45C钢。理温度850~950℃，处理时间3~15h，电流密度200~600A/mm2，表面硬度超过2000HV，与S45C钢在同等条件下处理结果比较，渗硼的钛材耐磨性远优于S45C钢。

用辉光放电等离子表面渗氧处理方法，使钛材表面上形成氧化钛层，其硬度接近或达到氮化钛的硬度，可做高硬度、耐磨、耐蚀的表面改性膜。