Základná technológia pre povrchovú úpravu titánových zliatin: Vákuové pokovovanie titánových zliatin

Vákuové poťahovanie titánovej zliatinyje základná technológia povrchovej úpravy zliatin titánu. Jeho hlavným účelom je kompenzovať miestne nedostatky zliatin titánu (ako je odolnosť proti opotrebeniu, odolnosť proti korózii, odolnosť proti oxidácii pri vysokých-teplotách a zníženie trenia) pri zachovaní ich základných výhod vysokej pevnosti a nízkej hmotnosti. Je široko používaný v špičkových-oblastiach, ako je letecký a kozmický priemysel, zdravotníctvo, presné strojárstvo a automobilový priemysel.

Kľúčové predpoklady pre vákuové nanášanie titánovej zliatiny (najprv si ujasnite kompatibilitu)

• Characteristics of titanium alloy substrate: The surface easily forms a natural, dense TiO₂ passivation film (thickness 5-10nm), which provides good corrosion resistance. However, it has low hardness (pure titanium HV150-200, TC4 titanium alloy HV300-350), poor wear resistance, and is prone to oxidation and peeling at high temperatures (>400 stupňov). Vákuové nanášanie vyžaduje prekonanie pasivačného filmu, aby sa zabezpečila silná priľnavosť medzi filmom a podkladom.
• Požiadavky na náter jadra: ① Priľnavosť Väčšia alebo rovná 50N (test poškriabaním/test ťahom); ② Hustý a pórovitý-film bez pórov; ③ Kompatibilné s húževnatosťou substrátu z titánovej zliatiny, ktorá zabraňuje krehkému praskaniu; ④ Neovplyvňuje mechanické vlastnosti samotného substrátu.
• Hlavné výhody: Povlak vo vákuovom prostredí (stupeň vákua 10⁻³~10⁻⁶Pa) nezabezpečuje žiadnu oxidáciu alebo kontamináciu nečistotami, výsledkom čoho je dobrá rovnomernosť filmu a regulovateľná hrúbka (0,5-50μm). Je vhodný pre obrobky z titánovej zliatiny zložitého tvaru (ako sú titánové tyče, čepele z titánovej zliatiny a lekárske implantáty).

Proces: Nanášanie magnetrónovým naprašovaním (najbežnejšia metóda, vhodná pre stredne a nízkoteplotné, vysoko{0}}presné aplikácie)

1. Základný princíp
Vo vysoko{0}}vákuovej komore sú elektróny obmedzené magnetickým poľom, aby bombardovali cieľový materiál (kovový/keramický terč), čo spôsobí, že sa atómy/ióny terča oddelia a uložia sa na povrch substrátu z titánovej zliatiny, čím sa vytvorí hustá filmová vrstva. Tento proces patrí do kategórie fyzikálnej depozície pár (PVD).

2. Špeciálny jadrový proces pre titánové zliatiny (kľúč spočíva v predbežnej úprave substrátu-, ktorá určuje silu spojenia)
Predúprava substrátu- (Základný krok, predstavuje 70 % kvality náteru)
Hrubé čistenie: Ultrazvukové čistenie (acetón + alkohol) na odstránenie oleja a prachu s následným sušením;
Odstránenie pasivačného filmu: Leptanie argónovými iónmi (stupeň vákua 10⁻³Pa, tlak argónu 0,5-1Pa, predpätie -100~-300V, čas 15-30min) na rozbitie filmu TiO₂, obnaženie čerstvého titánového povrchu a súčasné zdrsnenie povrchovej vrstvy (drsnosť 100-3) μ. Ra
Predhrievanie: Predhrievanie substrátu z titánovej zliatiny na 150-300 stupňov, aby sa znížilo teplotné rozdielové napätie medzi fóliou a substrátom a zabránilo sa praskaniu fólie.
Proces nanášania (dva kroky: najprv základná vrstva, potom nanášanie)
Základná vrstva: Najprv sa nanesie prechodová vrstva (vrstva Ti alebo vrstva Cr, hrúbka 0,1 – 0,5 μm), aby sa eliminoval nesúlad mriežky medzi titánovou zliatinou a funkčným filmom a zlepšila sa pevnosť spojenia. Parametre: cieľový prúd 2-5A, predpätie -50~-100V, čas 5-10min;
Ukladanie funkčnej vrstvy: Vyberte cieľový materiál podľa požiadaviek, kontrolujte hrúbku filmu. Parametre jadra: stupeň vákua 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, prietok argónu 20-50sccm, cieľový prúd 3-8A, predpätie -30~-80V, teplota depozície 400 stupňov alebo menej (aby sa zabránilo žíhaniu a zmäkčovaniu titánovej zliatiny).
Po{0}}úprave: Prirodzené ochladenie na izbovú teplotu po vybratí z pece. Časti vyššej{2}}triedy môžu prejsť nízkoteplotným{3}}žíhaním (150 – 200 stupňov × 1 h), aby sa eliminovalo vnútorné napätie vo fólii.

Typické aplikačné scenáre vákuového lakovania z titánovej zliatiny (zodpovedajúci výber procesu)

1. Letectvo a kozmonautika: Čepele zo zliatiny titánu, konektory → nitridovanie iónov + viac-oblúkový povlak TiAlN; Presné hriadele z titánovej zliatiny → Magnetrónové naprašovanie TiCN povlak;
2. Lekárska oblasť: Spoje zo zliatiny titánu, kostné skrutky → Magnetrónové naprašovanie DLC ​​poťah (biokompatibilný); Implantáty z titánovej zliatiny → Vákuové oblúkové iónové pokovovanie (ne-toxické);
3. Oblasť presných strojov: nástroje, formy z titánovej zliatiny → TiN/TiCN magnetrónové naprašovanie; Posúvače z titánovej zliatiny → DLC povlak;
4. Oblasť námorného inžinierstva: Spojovacie prvky zo zliatiny titánu, rúry → CrN magnetrónové naprašovanie (odolnosť proti korózii soľným sprejom);
5. Dekoratívne pole: Šperky z titánovej zliatiny → Vákuové naparovanie Au/TiN (svetlé sfarbenie).