建筑装饰用纯钛板的表面处理方法与开发

一、国内钛建材市场前景瞻望

我国建筑业用钛还处在起步阶段，用量相对很小。我国有着漫长的海岸线、沿海建筑受海洋气候影响很大，无论从美观、艺术性的角度出发，还是考虑建筑的耐蚀性，用钛来取代常规建筑用金属材料也将成为一个趋势。国家大剧院项目 2001 年开工建设，2007年正式使用，拉开了我国钛建材大量应用的帷幕。同时也为我国的建筑设计师、建筑工程师、钛材专家以及钛材加工企业开辟了一个崭新的空间。

二、世界上现行几种钛建材表面处理方法

根据资料介绍，钛材表面的处理方法大致有六种，现逐一介绍及分析：

1、喷砂法

用一定粒度的喷丸对钛材表面进行喷砂，使钛材表面粗糙毛化。降低了表面反光性，缺点是在处理薄板时容易使板材变形。

2、酸洗法

在 HF ＋ HNO3 的酸液中处理表面，使板材表面呈现钛的本色，缺点是颜色单一，使用中易破坏表面颜色一致性，相对不太适合装饰业。

3、轧制压花法

将轧辊表面经过预处理后，再对钛板进行平整，使钛板表面产生规律凹凸感。此方法的关键是轧辊的表面处理，国内现有的几种处理方法为喷砂处理、电火花处理，激光处理。

4、阳极氧化法

本方法色调控制是利用阳极氧化装置 , 给一额定电压 , 并随着电压的上升 , 颜色发生变化。此方法又可分为直流电解阳极氧化法、交流电解阳极氧化法、溶液中激光照射多彩化处理、厚膜阳极氧化法及化学氧化法。

直流电解设定电压为交流电解设定电压的某倍时，可得到相同的颜色。依据电压的升高，颜色变化如下：金色，赤紫，青紫，黄色，紫色，青色，青绿，绿色，黄绿。

要进行钛材的多彩化着色处理，可用遮盖法和阳极氧化处理结合起来，但工艺过程复杂。可在溶液中用激光照射的方法进行钛的多彩化处理，其方法是在溶液中对钛表面进行激光照射，由于阳极氧化和激光照射同时进行被激光照射的部位发生蚀刻使氧化膜变薄，激光照射后的部位在二次阳极氧化时，发生蚀刻的部位电阻减小电流大，氧化膜形成时与未经激光照射部分形成的氧化膜厚薄不同，颜色各异，这样重复进行多次可得到多色彩的钛表面。

5、轧制压花法＋酸洗

它采取了轧制法和酸洗法的优点，使有着规律凹凸感的钛表面透着钛金属应有的金属色感，可以在应用中给人以高贵、凝重的感觉。

6、喷砂 + 着色法

此方法降低了板材表面的反光性，同时又得到了所需要的表面色彩，在装饰业也倍受青睐。

三、从以上 6 种方法分析，开发下列几种表面的建筑用钛板材，具体方案有：

（一）轧制平整表面

此方法生产的钛材，表面反光性大大降低。技术关键是轧辊的预处理，经过专门研究的轧辊的处理方法。结合实际情况分析，对轧辊进行了电火花或激光处理，分别对0.5mm、1.5mm的纯钛板材轧制平整，获得出所需的钛表面。具体试制方案如下：

1、试制的牌号有工业纯钛TA0、TA1、TA2，厚度分1.5mm和0.5mm 两种规格。

2、板材简明生产工艺流程

坯修→ 加热→ 热轧→ 热矫→ 下料→ 加热→ 热轧→ 半成品退火→ 修磨→冷轧→ 脱油→ 退火→氧化表面处理→平整→热校形 →表面去氧化皮

3、轧辊的处理方法

电火花处理或激光处理。

4、平整变形量的确定

做不同变形量试验：5%, 10%, 15%，20%。比较表面，确定平整最佳变形量。

5、平整后后部工艺的确定

平整后，进行以上两种方法的处理，比较表面，确定平整后的生产工艺。在平整0.5、1.5 板材时，分别进行了一道次、两道次、多道次的平整，平整后测量其厚度变化，发现 1.5 板材经过一道次及多道次后，厚度变为 1.43、1.40，且多道次平整后板型较好，而对于0.5板材由于较薄其厚度并未变化，两规格表面毛化效果都较好。

（二）彩色大晶粒表面

世界上此方法采用的比较多。可先对板材进行高温成品退火，获得粗大的等轴晶，然后再进行阳极氧化处理。具体方案如下：

1、试制产品的规格和牌号

工业纯钛TA0、TA1、TA2，厚度是 1.0mm，0.5mm两种规格。

2、材简明生产工艺流程

坯修→ 加热→ 热轧→ 热矫→ 下料→ 加热→ 热轧→ 半成品退火→ 修磨→冷轧→ 除油→ 退火→ 表面去氧化皮→阳极氧化处理经过最后一道工序阳极氧化后，钛板表面非常漂亮，表面出现明显的各种不同的彩色区域，就是大晶粒区域。这种色彩有着很好的视觉冲击力，运用在建筑装饰上还是非常合适的。

参考文献：

[1]姚文静. 韩国成功研发高强高成型性纯钛板材轧制工艺[J]. 中国钛业, 2019(2):46-47.

[2] 李兴宇 , 李芳 , 华学明 , 等 . Laser welding technology of industrial pure titanium TA2%工业纯钛 TA2 板激光焊接工艺 [J]. 电焊机 , 2018, 048(007):19-24,35.

[3] 周磊磊 . 离焦量对纯钛薄板对接焊缝性能的影响 [J]. 激光技术 , 2019, 43(03):111-114.

[4] 朱立华 . 纯钛板材超声喷丸表面处理实验与建模研究 [D]. 2019.

相关链接