Tehnologija površinske obdelave titanovih odkovkov

Odkovki iz titanaslužijo v težkih okoljih na področju letalskih motorjev, kemije in medicine ter zahtevajo izjemno visoko kakovost površine. Površinske napake surovcev lahko povzročijo okvaro. Znanstvena površinska obdelava lahko okrepi in spremeni površino, izboljša kakovost in podaljša življenjsko dobo ter zagotovi varnost v ekstremnih delovnih pogojih.

 

 

Nanaša se na spreminjanje kemične sestave, organizacijske strukture ali morfoloških značilnosti površine materiala s fizikalnimi, kemičnimi, elektrokemičnimi ali drugimi metodami. Lahko doseže funkcionalne cilje, kot so povečana odpornost proti koroziji, izboljšana odpornost proti obrabi in optimizirana biokompatibilnost.

 

 

 

(I) Kemična pasivizacija: nizka cena

Kemična pasivacija vključuje potopitev titanovih odkovkov v kemično raztopino, da se tvori gost pasivacijski film TiO₂, ki izolira korozijo. Industrijski glavni postopek uporablja 20-30 % dušikovo kislino za 30-minutno potopitev, pri čemer se tvori 5-15nm film. Ponaša se s prednostmi enostavnosti, nizkih stroškov in visoke učinkovitosti z minimalnim vplivom na dimenzije. Primeren je za šaržno zaščito titanovih odkovkov v običajnih delovnih pogojih, pogosto se uporablja v kemičnih prirobnicah in običajnih energetskih komponentah.

 

Vendar pa je film razmeroma tanek, ne more prenesti močne korozije in velike obremenitve ter ni primeren za ekstremne delovne pogoje.

 

(II) Anodizacija: Natančni scenariji

Anodizacija je elektrokemijski proces. Titanovi odkovki so obdelani z elektrolitom žveplove kisline pod napetostjo 20–60 V, da se tvori 10–30 μm oksidni film. Njegova odpornost proti koroziji je več kot 50 % večja kot pri kemični pasivaciji. Barva filma je nastavljiva, združuje funkcionalne in dekorativne lastnosti, njegova porozna struktura pa lahko optimizira biokompatibilnost. Primeren je za medicinske ortopedske vsadke in natančne elektronske komponente iz titana.

 

Pomanjkljivost je, da je film krhek, ne more prenesti močnih udarcev, zato ga je treba uporabljati previdno v pogojih visoke-obrabe in visoke-utrujenosti.

 

(III) Mikroobločna oksidacija: ekstremni delovni pogoji

Microarc Oxidation (MAO) is a high-end electrochemical technology. High-voltage (300-600V) induced microarc discharge generates a 50-100μm TiO₂/Al₂O₃ composite ceramic film on the surface of titanium forgings. The film-substrate bonding is tight, featuring excellent corrosion resistance, high-temperature resistance (>500 stopinj), visoka trdota in odpornost proti obrabi. Je temeljna rešitev za zaščito komponent iz titana v ekstremnih delovnih pogojih, primerna za ključne komponente vesoljskih motorjev in pomorskega inženirstva.

 

Pomanjkljivosti so povečana površinska hrapavost in visoki stroški, kar omejuje njegovo uporabo samo-na vrhunske scenarije.

 

(IV) Peening: Komponente pod visoko utrujenostno obremenitvijo

Peening je postopek fizične spremembe. Visoko{1}}hitrostni izstrelki udarjajo v titanove odkovke in tvorijo tlačno napetostno plast debeline 0,1–0,3 mm s stopnjo pokritosti večjo ali enako 200 %. Zavira lahko razpoke zaradi utrujenosti, izboljša odpornost proti utrujenosti za več kot 30 % in podaljša življenjsko dobo komponent pod velikimi obremenitvami, posebej zasnovan za ključne dele, ki so izpostavljeni izmeničnim obremenitvam.

 

Opomba: Površinska hrapavost se nekoliko poveča in za ultra-viso-natančne komponente je potrebno naknadno poliranje.

 

(V) Fizično naparjanje (PVD): tehnologija natančnega premazovanja

PVD je tehnologija vakuumskega premaza z ultra-trdo prevleko. Zmanjšuje trenje in obrabo brez škode za delovanje podlage, njegovi parametri pa so nastavljivi za podporo prilagajanju. Primeren je za-komponente z visoko obrabo, kot so titanovi zobniki in ležaji.

 

Omejitve: Premaz je tanek in ne more prenesti udarcev, stroški priprave pa so visoki.

 

(VI) Elektropoliranje: Biomedicinsko področje

Elektropoliranje uporablja elektrolit na osnovi-fosforne kisline za elektrokemično izravnavo in čiščenje, kar povzroči površino titana z Ra Manjšim ali enakim 0,1 μm. Odpravlja napake v obliki mikrorazpok in nudi odlično biokompatibilnost, uporablja se predvsem za medicinske vsadke, uporablja pa se tudi za scenarije visoke-čistosti, kot so polprevodniki.

 

Slabosti: visoka poraba energije, nizka učinkovitost, strog nadzor parametrov in nezmožnost izvajanja običajne šaržne obdelave.

 

 

Izbira postopkov površinske obdelave za titanove odkovke bi morala slediti načelom "prilagoditve delovnih pogojev, prednostne naloge in nadzora stroškov," ob celovitem upoštevanju lastnosti materiala, servisnega okolja, funkcionalnih zahtev in ekonomske učinkovitosti.

• Za lopatice kompresorjev letalskih-motorjev, ki zahtevajo temperaturno obstojnost in odpornost proti korozijski utrujenosti, je sprejet sestavljeni postopek "mikroobločna oksidacija + strelno peening".
• Za mešalne lopatice kemičnih reaktorjev, ki zahtevajo odpornost proti močni koroziji, je izbrana nizko-cenovna proti-korozijska kombinacija "kemične pasivacije + prevleke iz PTFE".
• Za medicinske umetne sklepe, ki potrebujejo biokompatibilnost in odpornost proti obrabi, se uporablja "elektropoliranje + eloksiranje", da se zagotovi čistoča in osteointegracija.
• Za stebla ventilov za pomorsko inženirstvo, ki zahtevajo odpornost proti koroziji in eroziji v morski vodi, je glavna rešitev mikroobločna oksidacija + zaščita žrtvene anode.

 

Na izbiro postopka vplivajo tudi lastnosti materiala:

Komercialni čisti titan (Gr1/Gr2) je primeren za konvencionalna korozivna okolja, s kemično pasivacijo kot prednostno možnostjo.

Gr5 (Ti-6Al-4V) deluje pri visokih temperaturah, zahteva toplotne pregrade.

-titanove zlitine tipa se morajo izogibati procesom, ki vključujejo medije,-ki vsebujejo vodik, da preprečijo vodikovo krhkost.

 

Ruihang kot profesionalni proizvajalec izdelkov iz titana in titanovih zlitin dobavlja visoko{0}}kakovostne odkovke, plošče, palice, cevi, žice, profile itd. iz titana in titanovih zlitin. Za podrobnosti se obrnite na nas po e-pošti:Sam.Rui@bjrh-titanium.com