Tehnologia de tratare a suprafețelor forjate cu titan

Piese forjate din titanservesc în medii dure în domeniul motorului aerospațial, chimic și medical, care necesită o calitate extrem de ridicată a suprafeței. Defectele de suprafață ale semifabricatelor sunt predispuse să provoace defecțiuni. Tratamentul științific al suprafeței poate întări și modifica suprafața, îmbunătăți calitatea și prelungește durata de viață și poate asigura siguranță în condiții extreme de lucru.

 

 

Se referă la modificarea compoziției chimice, a structurii organizatorice sau a caracteristicilor morfologice ale suprafeței materialului prin metode fizice, chimice, electrochimice sau alte metode. Poate atinge obiective funcționale, cum ar fi rezistența sporită la coroziune, rezistența îmbunătățită la uzură și biocompatibilitatea optimizată.

 

 

 

(I) Pasivare chimică: cost scăzut

Pasivarea chimică implică scufundarea pieselor forjate de titan într-o soluție chimică pentru a forma o peliculă densă de pasivare de TiO₂ care izolează coroziunea. Procesul industrial de masă folosește 20-30% acid azotic pentru imersie timp de 30 de minute, formând o peliculă de 5-15 nm. Se laudă cu avantajele simplității, costurilor reduse și eficienței ridicate, cu impact minim asupra dimensiunilor. Potrivit pentru protecția în serie a pieselor forjate de titan în condiții convenționale de lucru, este utilizat pe scară largă în flanșe chimice și componente energetice obișnuite.

 

Cu toate acestea, pelicula este relativ subțire, nu poate rezista la coroziune puternică și la stres ridicat și nu este aplicabilă în condiții extreme de lucru.

 

(II) Anodizare: scenarii de precizie

Anodizarea este un proces electrochimic. Piesele forjate din titan sunt tratate cu un electrolit de acid sulfuric sub o tensiune de 20-60V pentru a forma o peliculă de oxid de 10-30μm. Rezistența sa la coroziune este cu peste 50% mai mare decât cea a pasivării chimice. Culoarea filmului este reglabilă, combinând proprietăți funcționale și decorative, iar structura sa poroasă poate optimiza biocompatibilitatea. Este potrivit pentru implanturi ortopedice medicale și componente electronice de titan de precizie.

 

Dezavantajul este că pelicula este fragilă, nu poate rezista la impacturi puternice și trebuie utilizată cu prudență în condiții de-uzură și oboseală ridicată-de lucru.

 

(III) Oxidarea cu microarc: condiții extreme de lucru

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 de grade), duritate ridicată și rezistență la uzură. Este soluția de protecție de bază pentru componentele din titan în condiții extreme de lucru, potrivită pentru componentele cheie ale motoarelor aerospațiale și ale ingineriei maritime.

 

Dezavantajele sunt rugozitatea crescută a suprafeței și costul ridicat, limitând aplicarea acesteia numai la scenarii{0}}de ultimă generație.

 

(IV) Shot Peening: Componente aflate sub stres ridicat la oboseală

Shot peening este un proces de modificare fizică. Proiectilele de mare-viteză lovesc piesele forjate de titan pentru a forma un strat de presiune compresivă de 0,1-0,3 mm cu o rată de acoperire mai mare sau egală cu 200%. Poate inhiba fisurile de oboseală, poate îmbunătăți rezistența la oboseală cu mai mult de 30% și poate prelungi durata de viață a componentelor sub stres ridicat, special concepute pentru piese cheie supuse sarcinilor alternative.

 

Notă: rugozitatea suprafeței crește ușor și este necesară lustruirea ulterioară pentru componentele de ultra-înaltă-precizie.

 

(V) Depunere fizică de vapori (PVD): Tehnologie de acoperire de precizie

PVD este o tehnologie de acoperire cu vid cu acoperire ultra-dură . Reduce frecarea și uzura fără a afecta performanța substratului, iar parametrii săi sunt ajustabili pentru a sprijini personalizarea. Este potrivit pentru componente cu uzură mare-, cum ar fi angrenajele și rulmenții din titan.

 

Limitări: Acoperirea este subțire și nu poate rezista la impacturi, iar costul de pregătire este ridicat.

 

(VI) Polisarea electrotehnică: Domeniul Biomedical

Electrolustruirea folosește un electrolit pe bază de acid fosforic-pentru nivelarea și purificarea electrochimică, rezultând o suprafață de titan cu Ra mai mică sau egală cu 0,1 μm. Elimină defectele de microfisuri și oferă o biocompatibilitate excelentă, utilizată în principal pentru implanturi medicale și, de asemenea, aplicabilă scenariilor de-puritate ridicată, cum ar fi semiconductorii.

 

Dezavantaje: consum mare de energie, eficiență scăzută, control strict al parametrilor și incapacitatea de a efectua procesarea convențională în lot.

 

 

Selecția proceselor de tratare a suprafețelor pentru forjarea cu titan ar trebui să urmeze principiile „adaptarea condițiilor de lucru, prioritatea performanței și controlul costurilor”, luând în considerare în mod cuprinzător proprietățile materialelor, mediul de serviciu, cerințele funcționale și eficiența economică.

• Pentru paletele de compresor ale motoarelor aero-care necesită rezistență la temperatură și rezistență la oboseală la coroziune, se adoptă procesul compozit de „oxidare microarc + peening”.
• Pentru paletele de agitare ale reactoarelor chimice care necesită rezistență la coroziune puternică, este selectată combinația anticorozivă-cost redus-de „pasivare chimică + acoperire PTFE”.
• Pentru articulațiile artificiale medicale care au nevoie atât de biocompatibilitate, cât și de rezistență la uzură, se utilizează „electropolizare + anodizare” pentru a asigura curățenia și osteointegrarea.
• Pentru tijele de supape ale supapelor de inginerie marine care necesită rezistență la coroziunea și eroziunea apei de mare, soluția principală este oxidarea cu microarc + protecția anodului sacrificial.

 

Proprietățile materialului afectează și selecția procesului:

Titanul pur comercial (Gr1/Gr2) este potrivit pentru mediile corozive convenționale, cu pasivizarea chimică ca opțiune preferată.

Gr5 (Ti-6Al-4V) servește la temperaturi ridicate necesită acoperiri cu barieră termică.

Aliajele de titan de tip -trebuie să evite procesele care implică medii care conțin hidrogen-pentru a preveni fragilizarea hidrogenului.

 

Ruihang, ca producător profesionist de produse din titan și aliaje de titan, furnizează piese forjate, plăci, bare, țevi, fire, secțiuni etc. din titan și aliaj de titan de înaltă calitate. Pentru detalii, vă rugăm să ne contactați prin e-mail:Sam.Rui@bjrh-titanium.com