Osnovna tehnologija za modifikaciju površine titanijumskih legura: vakuumsko prevlačenje titanijumskih legura

Vakuumski premaz od legure titanijumaje osnovna tehnologija za modifikaciju površine titanijumskih legura. Njegova glavna svrha je da nadoknadi lokalne nedostatke titanijumskih legura (kao što su otpornost na habanje, otpornost na koroziju, otpornost na oksidaciju pri visokim-temperaturama i smanjenje trenja) uz zadržavanje njihovih inherentnih prednosti visoke čvrstoće i male težine. Široko se koristi u vrhunski-oblastima kao što su vazduhoplovstvo, medicina, precizne mašine i automobilska industrija.

Ključni preduvjeti za vakuumsko premazivanje legure titana (prvo, razjasniti kompatibilnost)

• 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 stepeni). Vakuumsko premazivanje zahtijeva savladavanje pasivizirajućeg filma kako bi se osigurala jaka adhezija između filma i podloge.
• Zahtjevi za premazivanje jezgre: ① Adhezija veća ili jednaka 50N (test na ogrebotine/test zatezanja); ② Gusti i{1}}film bez pora; ③ Kompatibilan sa žilavošću podloge od legure titanijuma, sprečavajući krto pucanje; ④ Ne utiče na mehanička svojstva same podloge.
• Osnovne prednosti: Oblaganje u vakuumskom okruženju (stepen vakuuma 10⁻³~10⁻⁶Pa) osigurava da nema oksidacije ili kontaminacije nečistoćama, što rezultira dobrom uniformnošću filma i debljinom koja se može kontrolirati (0,5-50μm). Pogodan je za složene komade od legure titanijuma (kao što su titanijumske šipke, oštrice od legure titanijuma i medicinski implantati).

Proces: Magnetron raspršivanje premaza (najčešća metoda, pogodna za srednje i niske temperature, visoko{0}}precizne primjene)

1. Osnovni princip
U komori visokog{0}}vakuma, elektroni su ograničeni magnetnim poljem kako bi bombardirali ciljni materijal (metal/keramičku metu), uzrokujući da se ciljni atomi/joni odvoje i talože na površinu supstrata od legure titanijuma, formirajući gust sloj filma. Ovaj proces spada u kategoriju fizičkog taloženja pare (PVD).

2. Namjenski proces jezgre za legure titana (ključ leži u prethodnoj-obradi podloge, koja određuje snagu vezivanja)
Pred{0}}tretman podloge (osnovni korak, čini 70% kvaliteta premaza)
Grubo čišćenje: Ultrazvučno čišćenje (aceton + alkohol) za uklanjanje ulja i prašine, nakon čega slijedi sušenje;
Uklanjanje pasivacijskog filma: jetkanje argonskim jonom (stepen vakuuma 10⁻³Pa, pritisak argona 0,5-1Pa, prednapon napona -100~-300V, vrijeme 15-30min) da bi se razbio TiO₂ film, izložila svježa površina titanijuma i istovremeno poboljšala hrapavost površinskog sloja Ra3-m0 istovremeno. međusobno zaključavanje;
Predgrijavanje: Predgrijavanje podloge od legure titana na 150-300 stupnjeva kako bi se smanjio napon temperaturne razlike između filma i podloge i spriječio pucanje filma.
Proces premazivanja (dva koraka: prvo osnovni sloj, zatim nanošenje)
Osnovni sloj: Prvo se nanosi prelazni sloj (Ti sloj ili Cr sloj, debljine 0,1-0,5 μm) kako bi se eliminisala neusklađenost rešetke između legure titanijuma i funkcionalnog filma i poboljšala čvrstoća vezivanja. Parametri: ciljna struja 2-5A, prednapon -50~-100V, vrijeme 5-10min;
Funkcionalni sloj nanošenja: Odaberite ciljni materijal prema zahtjevima, kontrolirajte debljinu filma. Osnovni parametri: stepen vakuuma 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, brzina protoka argona 20-50sccm, ciljna struja 3-8A, prednapon -30~-80V, temperatura taloženja manja ili jednaka 400 stepeni (da bi se izbeglo žarenje i omekšavanje titanijuma).
Post{0}}tretman: Prirodno hlađenje na sobnu temperaturu nakon vađenja iz peći. Visoki{2}}dijelovi mogu biti podvrgnuti niskom-žarenju (150-200 stepeni × 1h) kako bi se eliminisalo unutrašnje naprezanje u filmu.

Tipični scenariji primjene vakuumskog premaza od legure titana (odgovarajući izbor procesa)

1. Vazduhoplovstvo: noževi od legure titanijuma, konektori → ionsko nitriranje + TiAlN više-premaz; Precizna osovina od legure titana → TiCN premaz za magnetron raspršivanje;
2. Medicina: spojevi od legure titanijuma, vijci za kosti → DLC premaz za magnetron raspršivanje (biokompatibilan); Implantati od legure titanijuma → Vakuumsko-lučno ionsko polaganje (ne-toksično);
3. Polje preciznih mašina: Alati od legure titanijuma, kalupi → TiN/TiCN magnetronsko raspršivanje; Klizači od legure titana → DLC premaz;
4. Područje pomorskog inženjerstva: pričvršćivači od legure titanijuma, cijevi → CrN magnetronsko raspršivanje (otpornost na koroziju u slanom spreju);
5. Dekorativno polje: Nakit od legure titanijuma → Vakuumsko isparavanje Au/TiN (svetle boje).