喷砂处理对钛及钛合金板材与钢板表面粗糙度的影响分析

引言

在航空航天、船舶制造、汽车工业、建筑装饰等众多领域，钛及钛合金板材和钢板都得到了广泛的应用。材料的表面性能，尤其是表面粗糙度，对其与涂层的结合强度、摩擦磨损性能、耐腐蚀性能以及外观质量等都有着至关重要的影响。喷砂处理作为一种常用的表面改性技术，通过高速砂流的冲击作用，能够改变材料表面的微观形貌，从而调节表面粗糙度。然而，由于钛及钛合金和钢的物理化学性质存在较大差异，喷砂处理对它们表面粗糙度的影响规律也不尽相同。深入研究喷砂处理对这两种材料表面粗糙度的影响，对于优化喷砂工艺参数、提高材料表面性能以及拓展其应用范围具有重要的理论和实际意义。

1 钛及钛合金板材与钢板表面粗糙度喷砂处理的意义

对钛及钛合金板材与钢板进行表面粗糙度喷砂处理具有多方面重要意义。在工业制造领域，喷砂处理可显著提升材料与涂层间的结合强度。合适的表面粗糙度能为涂层提供更多的附着点，使涂层更牢固地附着在材料表面，有效延长涂层使用寿命，降低因涂层脱落导致的设备维修和更换成本，保障设备长期稳定运行。在航空航天、海洋工程等对材料性能要求严苛的领域，喷砂处理能增强材料的耐腐蚀性。通过改变表面粗糙度，减少材料表面的微观缺陷和应力集中，降低腐蚀介质在表面的附着和渗透，从而提高材料在恶劣环境下的抗腐蚀能力，确保结构的安全性和可靠性。

2 喷砂处理对钛及钛合金板材与钢板表面粗糙度的影响

2.1 改变表面微观形貌与粗糙度数值

喷砂处理通过高速砂流的冲击作用，对钛及钛合金板材与钢板表面进行切削和撞击，从而显著改变其表面微观形貌。对于钛及钛合金板材而言，由于其本身具有较好的塑性，喷砂时砂粒的冲击会使表面产生明显的塑性变形，形成凹凸不平的纹理。这种微观形貌的变化直接导致表面粗糙度数值增大，且粗糙度的变化程度与喷砂参数密切相关。例如，增大砂粒粒径或喷射压力，会使砂粒对表面的冲击力增强，表面凹凸程度加剧，粗糙度数值随之上升。

2.2 影响材料表面性能与粗糙度关联

喷砂处理不仅改变了钛及钛合金板材与钢板的表面粗糙度，还对其表面性能产生了重要影响，而这些性能又与表面粗糙度存在紧密关联。在钛及钛合金板材方面，合适的表面粗糙度可以增强其与生物涂层的结合强度，这对于在医疗领域应用的人工关节等器件至关重要。粗糙的表面为细胞提供了更多的附着位点，有利于细胞的生长和组织修复，同时也能提高涂层与基体的结合力，延长器件的使用寿命。

2.3 不同材料对喷砂参数响应差异导致粗糙度变化不同

钛及钛合金板材与钢板由于物理化学性质的差异，对喷砂参数的响应不同，进而导致表面粗糙度的变化也存在差异。而且，由于其塑性变形能力较强，在相同的喷砂时间下，表面粗糙度的增长趋势可能更为明显。

3 对策

3.1 精准调控喷砂工艺参数

由于钛及钛合金板材与钢板在物理化学性质上存在显著差异，对喷砂参数的响应截然不同。因此，在实际喷砂处理过程中，必须依据两种材料各自特性，借助专业仪器对喷砂工艺参数进行精准调控。例如，对于钛及钛合金板材，因其塑性较好，可适当降低喷射压力，选择相对较小的砂粒粒径，以避免过度冲击导致表面损伤。同时，利用表面粗糙度测量仪实时监测处理后的表面粗糙度，根据测量结果及时调整喷射距离、喷射时间等参数，确保最终获得的表面粗糙度满足工程应用要求。通过精准调控喷砂工艺参数，能够最大程度地发挥喷砂处理的效果，提高材料表面质量。

3.2 优化喷砂砂粒选择与搭配

喷砂砂粒的材质、粒径、形状等因素对材料表面粗糙度有着重要影响。针对钛及钛合金板材与钢板，应优化喷砂砂粒的选择与搭配。在粒径搭配上，可采用多种粒径砂粒混合使用的方式，既能保证砂粒对材料表面的有效冲击，又能使表面粗糙度更加均匀。此外，还可以考虑砂粒的形状，如选用棱角分明的砂粒可增强切削作用，而圆润的砂粒则可减少对材料表面的划伤。通过优化喷砂砂粒的选择与搭配，能够更好地控制材料表面粗糙度，提高喷砂处理的质量和效率。

3.3 加强喷砂过程监控与质量检测

为确保喷砂处理后钛及钛合金板材与钢板表面粗糙度符合要求，必须加强喷砂过程的监控与质量检测。在喷砂过程中，安排专业人员实时观察喷砂效果，检查砂粒的喷射情况、材料的表面变化等，及时发现并解决可能出现的问题，如砂粒堵塞、喷射不均匀等。同时，建立严格的质量检测制度，在喷砂处理完成后，使用专业的表面粗糙度测量仪对材料表面进行全面检测，记录粗糙度数值，并与标准要求进行对比。对于不符合要求的材料，及时进行返工处理，直至达到规定的表面粗糙度标准。通过加强喷砂过程监控与质量检测，能够有效保证喷砂处理的质量，提高产品的合格率。

3.4 开展喷砂技术培训与交流

喷砂处理技术的操作水平和经验对材料表面粗糙度的控制至关重要。因此，应定期开展喷砂技术培训与交流活动，提高操作人员的专业技能和综合素质。培训内容可包括喷砂设备的操作与维护、喷砂工艺参数的选择与调整、喷砂砂粒的性能与使用等方面。通过理论讲解和实际操作演示相结合的方式，使操作人员深入了解喷砂处理的原理和方法，掌握正确的操作技巧。同时，组织喷砂技术交流活动，邀请行业专家和经验丰富的操作人员分享实际案例和经验教训，促进操作人员之间的交流与合作。

结语

综上所述，通过对喷砂处理下钛及钛合金板材与钢板表面粗糙度的深入研究，我们清晰认识到喷砂参数对二者表面粗糙度有着显著且复杂的影响。砂粒粒径、喷射压力等参数的改变，会直接作用于材料表面，使其微观形貌发生改变，进而导致粗糙度数值产生波动。同时，钛及钛合金板材与钢板自身物理化学性质的差异，也使得它们在相同喷砂条件下呈现出不同的粗糙度变化规律。在实际应用中，这一研究成果具有重要的指导意义。在航空航天、医疗器械等对材料表面性能要求严苛的领域，我们可根据具体需求，精准调控喷砂参数，以获得理想的表面粗糙度，从而提升材料的涂层附着力、耐腐蚀性等性能。

参考文献

[1] 封闭式喷砂系统在施工现场中的应用. 胡伟;闫清文.全面腐蚀控制,2008(02)

[2] 引射器超声速全域化与诱导式喷砂枪. 刘毅.热喷涂技术,2023(02)