Povrchová úprava titanové tyče: Odolnost proti korozi a opotřebení

Titanové tyče jsou široce používány v konstrukčních součástech, převodových částech, implantátech a dalších oborech. Nicméně jejich nízká povrchová tvrdost a špatná odolnost proti opotřebení spolu s náchylností k důlkové a štěrbinové korozi v drsném prostředí. Povrchová úprava může zvýšit jejich odolnost proti korozi a opotřebení, což umožňuje přizpůsobení výkonu.

 

 

 

1.1 Mechanické zpracování

Upravuje povrch titanových tyčí fyzikálními efekty, neobsahuje žádná chemická činidla, jednoduché procesy a nízké náklady.

Mechanickým leštěním lze dosáhnout zrcadlového lesku s drsností povrchu Ra ＜ 0,01 μm postupným broušením-za{2}}krokem.

Pískování odstraňuje oxidové vrstvy a kontaminanty působením vysokorychlostních částic písku{0}} a vytváří drsný povrch s Ra 2–5 μm pro zlepšení pevnosti spoje.

 

1.2 Chemické ošetření

Reguluje stav povrchu, odstraňuje nečistoty a optimalizuje rovinnost prostřednictvím reakce mezi chemickými činidly a povrchem titanové tyče, čímž vytváří základ pro následné zpevnění.

Chemické leštění používá slabé kyselé nebo alkalické roztoky ke zlepšení povrchové úpravy a vyžaduje silanové těsnění.

Čištění mořením využívá směsný roztok kyseliny fluorovodíkové-kyseliny dusičné k odstranění oxidových usazenin a nečistot.

Atmosférická oxidace může zahustit oxidový film při vysokých teplotách, aby se zlepšila odolnost proti korozi.

 

 

2.1 Elektrochemické zpracování

Elektrolýzou vytváří na povrchu titanové tyče hustý oxidový film, který má odolnost vůči korozi i opotřebení s řiditelnými procesy.

Anodizace aplikuje napětí 10–200 V v elektrolytu kyseliny sírové k přípravě filmu TiO₂ o tloušťce 1–30 μm, který zvyšuje odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi a biokompatibilitu; nastavením parametrů procesu lze připravit pole porézních nanotrubiček TiO₂ pro fotokatalýzu a senzorová pole.

Mikro-oxidace elektrickým obloukem, vylepšená technologie eloxování, aplikuje vysoké napětí 300–600 V k vytvoření keramické-oxidové vrstvy s tvrdostí HV 1500+ a vysokou teplotní odolností nad 800 stupňů a také s dobrým izolačním výkonem.

 

2.2 Úprava tepelného zpracování

Vytváří vrstvu tvrdé slitiny na povrchu titanové tyče prostřednictvím vysokoteplotní{0}}difúze nebo plazmového prvku, čímž zlepšuje tvrdost, odolnost proti opotřebení a odolnost proti korozi.

Nejpoužívanější technologií je nitridace, která dokáže vytvořit vrstvu TiN/Ti₂N o tloušťce 5–20 μm a tvrdosti HV 2000, snižující koeficient tření o 60 %, a používá se většinou u dílů přenosu vysokého-zatížení; plazmovou nitrooxidací tvoří kompozitní vrstvu s lepším výkonem a malou deformací.

Nauhličením se vytvoří vrstva TiC o tloušťce 2–10 μm a vysoké teplotní odolnosti do 800 stupňů; boridování má vysokou tvrdost, ale složité procesy.

 

2.3 Technologie povlaků a kompozitů

Dokáže připravit funkční povlaky na povrchu titanové tyče pro přizpůsobení odolnosti proti korozi a opotřebení, což je důležitý prostředek pro zpevnění povrchu titanových tyčí.

Mazací a{0}}adhezivní povlaky se používají ke snížení tření: povlaky s grafitovou emulzí tvoří 1–5 μm mazací film, který odolává oxidaci a snižuje ztráty při zpracování o více než 30 %; fluorofosfátové povlaky mají koeficient tření jen 0,1.

Špičkové-funkční povlaky: biokeramické (HA) povlaky se používají pro ortopedické implantáty k podpoře osseointegrace; Povlaky DLC mají tvrdost HV 3000–5000 a koeficient tření 0,05; povlaky z drahých kovů mají dobrou odolnost proti korozi, ale jsou náchylné k odlupování a jsou drahé; galvanicky pokovený nano-nikl a stříbro mohou zlepšit odolnost proti opotřebení a výkon proti-zadírání, čímž řeší problém „zadření“ leteckých lopatek.

 

 

3.1 Laserová povrchová úprava

Povrch titanové tyče upravuje vysokoenergetickým-laserem, který se vyznačuje vysokou rychlostí, vysokou přesností a malým dopadem na matrici a může současně zvýšit odolnost proti opotřebení a korozi.

Laserové opláštění používá titanový prášek Gr5 k přípravě 0,5–2 mm slitinové vrstvy, která pětinásobně zlepšuje odolnost proti opotřebení a je vhodná pro těžké-pracovní podmínky.

Laserové legování povrchu může infiltrovat dusík a uhlík a vytvořit gradientní vrstvu s HV 1000–2000.

Laserově barvené zpracování titanu v kombinaci s eloxováním zohledňuje ochranu a dekoraci.

 

3.2 Technologie iontové implantace

Vstřikuje dusík, kyslík, uhlík a další ionty do povrchu titanové tyče s hloubkou 0,1–1 μm, což může zvýšit tvrdost 3krát a snížit hustotu korozního proudu o dva řády. Tato technologie nemění výkon matrice a dosahuje zpevnění v nanoměřítku.

Implantací iontů drahých kovů lze dosáhnout lepší odolnosti proti korozi, je však nákladná a stále probíhá výzkum.

 

3.3 Technologie modifikace kompozitů

Jednotlivá povrchová úprava je obtížné splnit složité pracovní podmínky a hlavním proudem se stala kombinace více technologií. Kombinací anodizace a magnetronového naprašování lze připravit antibakteriální povlaky TiO₂/Ag s antibakteriálním poměrem ＞99 %, vhodné pro lékařské přístroje a implantáty; kombinace plazmové nitrooxidace a laserového plátování zohledňuje odolnost proti korozi a-odolnost vůči těžkému opotřebení.

 

 

Specializujeme se na výrobu titanových kulatých tyčí, vítáme vaše dotazy na:Sam.Rui@bjrh-titanium.com