Tehnologija površinske obrade titanskih otkovaka

Otkivci od titanasluže u teškim uvjetima u zrakoplovnim motorima, kemiji i medicini, zahtijevajući izuzetno visoku kvalitetu površine. Površinski defekti praznina skloni su uzrokovati kvarove. Znanstvena obrada površine može ojačati i modificirati površinu, poboljšati kvalitetu i produžiti radni vijek te osigurati sigurnost u ekstremnim radnim uvjetima.

 

 

Odnosi se na modificiranje kemijskog sastava, organizacijske strukture ili morfoloških karakteristika površine materijala fizikalnim, kemijskim, elektrokemijskim ili drugim metodama. Može postići funkcionalne ciljeve kao što su poboljšana otpornost na koroziju, poboljšana otpornost na trošenje i optimizirana biokompatibilnost.

 

 

 

(I) Kemijska pasivizacija: niska cijena

Kemijska pasivizacija uključuje uranjanje titanskih otkovaka u kemijsku otopinu kako bi se formirao gusti TiO₂ pasivacijski film koji izolira koroziju. Industrijski glavni proces koristi 20-30% dušične kiseline za uranjanje na 30 minuta, stvarajući film od 5-15 nm. Može se pohvaliti prednostima jednostavnosti, niske cijene i visoke učinkovitosti, s minimalnim utjecajem na dimenzije. Prikladan za šaržnu zaštitu otkivaka od titana u uobičajenim radnim uvjetima, naširoko se koristi u kemijskim prirubnicama i običnim energetskim komponentama.

 

Međutim, film je relativno tanak, ne može izdržati jaku koroziju i veliki stres, te nije primjenjiv u ekstremnim radnim uvjetima.

 

(II) Anodizacija: Precizni scenariji

Anodizacija je elektrokemijski proces. Otkovci od titana tretiraju se elektrolitom sumporne kiseline pod naponom od 20-60 V da se formira oksidni film od 10-30 μm. Njegova otpornost na koroziju je više od 50% veća nego kod kemijske pasivacije. Boja filma je podesiva, kombinirajući funkcionalna i dekorativna svojstva, a njegova porozna struktura može optimizirati biokompatibilnost. Pogodan je za medicinske ortopedske implantate i precizne elektronske komponente od titana.

 

Nedostatak je što je film krt, ne može izdržati jake udarce i treba ga koristiti s oprezom u radnim uvjetima visokog-trošenja i visokog{1}}zamora.

 

(III) Mikrolučna oksidacija: Ekstremni radni uvjeti

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 stupnjeva), visoka tvrdoća i otpornost na habanje. To je temeljno rješenje za zaštitu titanskih komponenti u ekstremnim radnim uvjetima, pogodno za ključne komponente zrakoplovnih motora i brodskog inženjeringa.

 

Nedostaci su povećana hrapavost površine i visoka cijena, što ograničava njegovu primjenu samo na vrhunske-scenarije.

 

(IV) Peeniranje sačmom: komponente pod velikim zamornim opterećenjem

Peeniranje sačmom je proces fizičke modifikacije. Brzi-projektili udaraju u titanijske otkovke i stvaraju sloj tlačnog naprezanja od 0,1-0,3 mm sa stopom pokrivenosti većom ili jednakom 200%. Može spriječiti pukotine nastale zamorom, poboljšati otpornost na zamor za više od 30% i produžiti životni vijek komponenti pod velikim opterećenjem, posebno dizajniran za ključne dijelove izložene izmjeničnim opterećenjima.

 

Napomena: Hrapavost površine malo se povećava i potrebno je naknadno poliranje za komponente ultra-visoke-preciznosti.

 

(V) Fizičko taloženje parom (PVD): Precizna tehnologija premazivanja

PVD je tehnologija vakuumskog premazivanja s ultra-tvrdim premazom. Smanjuje trenje i trošenje bez oštećenja performansi podloge, a njegovi parametri su podesivi za podršku prilagodbi. Prikladan je za-komponente visokog trošenja kao što su zupčanici i ležajevi od titana.

 

Ograničenja: Premaz je tanak i ne može izdržati udarce, a troškovi pripreme su visoki.

 

(VI) Elektropoliranje: Biomedicinsko polje

Elektropoliranje koristi elektrolit na bazi-fosforne kiseline za elektrokemijsko izravnavanje i pročišćavanje, što rezultira površinom titana s Ra manjim od ili jednakim 0,1 μm. Uklanja mikropukotine i nudi izvrsnu biokompatibilnost, uglavnom se koristi za medicinske implantate, a također je primjenjiv na scenarije visoke-čistoće kao što su poluvodiči.

 

Nedostaci: Velika potrošnja energije, niska učinkovitost, stroga kontrola parametara i nemogućnost izvođenja serije konvencionalne obrade.

 

 

Odabir procesa površinske obrade za titanijske otkovke trebao bi slijediti načela "prilagodbe radnih uvjeta, prioriteta izvedbe i kontrole troškova", sveobuhvatno uzimajući u obzir svojstva materijala, radno okruženje, funkcionalne zahtjeve i ekonomsku učinkovitost.

• Za lopatice kompresora zrakoplovnih-motora koji zahtijevaju otpornost na temperaturu i otpornost na zamor od korozije, usvojen je kompozitni postupak "mikrolučna oksidacija + sačmarenje".
• Za lopatice mješalice kemijskih reaktora koji zahtijevaju otpornost na jaku koroziju, odabrana je nisko{0}}troškovna anti-kombinacija korozije "kemijska pasivizacija + PTFE premaz".
• Za medicinske umjetne zglobove kojima je potrebna i biokompatibilnost i otpornost na habanje, koristi se "elektropoliranje + eloksiranje" kako bi se osigurala čistoća i oseointegracija.
• Za stabljike ventila brodskih inženjerskih ventila koji zahtijevaju otpornost na koroziju i eroziju morskom vodom, glavno rješenje je mikrolučna oksidacija + zaštita od žrtvene anode.

 

Svojstva materijala također utječu na odabir procesa:

Komercijalni čisti titan (Gr1/Gr2) prikladan je za konvencionalna korozivna okruženja, s kemijskom pasivizacijom kao preferiranom opcijom.

Gr5 (Ti-6Al-4V) služi na visokim temperaturama zahtijeva premaze toplinske barijere.

-titanske legure tipa moraju izbjegavati procese koji uključuju-medije koji sadrže vodik kako bi se spriječila vodikova krtost.

 

Ruihang, kao profesionalni proizvođač proizvoda od titana i legura titana, isporučuje visoko{0}}kvalitetne otkivke, ploče, šipke, cijevi, žice, dijelove itd. od titana i legura titana. Za detalje, kontaktirajte nas putem e-pošte:Sam.Rui@bjrh-titanium.com