Titan- og titanlegeringer brukes mye i luftfarts-, petrokjemiske og medisinske industrier på grunn av deres ikke-giftige natur, lette egenskaper, forhold mellom høy styrke og utmerket biokompatibilitet. Begrensninger i hardhet, dårlig slitestyrke og utilstrekkelig oksidasjonsytelse for høy temperatur hindrer imidlertid den videre utviklingen av titanlegeringer. For å overvinne disse ulempene har kjemisk varmebehandling, også kjent som kjemisk modifisering, fremstått som et effektivt middel for forbedring.
Kjemisk varmebehandling innebærer å endre overflatekjemisk sammensetning og mikrostruktur av metallkomponenter ved bruk av kjemiske reaksjoner, noen ganger kombinert med fysiske metoder, for å oppnå forbedret ytelse sammenlignet med homogene materialer. Vanlige kjemiske varmebehandlingsmetoder for titan og dets legeringer inkluderer nitrogendiffusjon, karbondiffusjon, bordiffusjon og metalldiffusjon.
Nitrogendiffusjonsbehandlinger skaper nitrider med høy hardhet (for eksempel tinn og Ti2n) på overflaten av titanlegeringer, og gir utmerket korrosjonsmotstand og slitasjeegenskaper. Ulike nitrogendiffusjonsteknikker inkluderer saltbad nitriding, gassnitriding, ionimplantasjonsnitriding, dobbel glødionnitriding, overflatelasernitriding og vakuumnitriding. Karbondiffusjonsbehandlinger resulterer i karbider på overflaten, forbedrer hardhet og slitestyrke.
Bor diffusjonsbehandlinger danner borider på titanlegeringsoverflaten, og øker hardheten og korrosjonsmotstanden ytterligere, egnet for bruksområder som krever høy hardhet og slitasje. Forbindelser som TIB og TIB2 dannes gjennom bordiffusjonsteknikker, som omfatter faste, væske- og gassmetoder.
Metalldiffusjon innebærer gjennomsyring av andre metallelementer på titanlegeringsoverflaten for å skape sammensatte materialer, og dermed forbedre ytelsen. Utvalget av forhåndsdiffuserte metallelementer skal utvise god løselighet med titanlegeringer. Faktorer som påvirker metallløselighet inkluderer atomstørrelse, kjemisk affinitet, krystallstruktur og relativ atom valens.
Avslutningsvis gir de forskjellige kjemiske varmebehandlingsmetodene for titanlegeringer hver unike fordeler, og valget av teknikk skal samsvare med spesifikke krav. Foreløpig er nitrogen- og karbondiffusjonsteknologier utbredt. Ettersom titan- og titanlegeringsteknologier fortsetter å utvikle seg, har overflatebehandlinger et betydelig potensial for å styrke produktytelsen.
