Díky své nízké hustotě, vysoké specifické pevnosti, vynikající biokompatibilitě a odolnosti vůči povětrnostním vlivům,slitiny titanuse staly základními konstrukčními materiály v oblastech, jako je letecký průmysl, vojenské vybavení, lékařská zařízení a špičková{0}}civilní výroba. Slitiny titanu však mají inherentní nevýhody, včetně relativně nízké povrchové tvrdosti, nedostatečné odolnosti proti opotřebení a náchylnosti ke galvanické korozi, což výrazně omezuje jejich použití při velkém zatížení, tření, korozi mořské vody a složitých provozních podmínkách, což omezuje jejich široké průmyslové použití.
K vyřešení těchto nedostatků v povrchových vlastnostech titanových slitin průmysl široce využívá procesy povrchové úpravy, aby se zlepšila jejich celková výkonnost. Mezi nimi mikro-oxidace oblouku (MAO)-nová plazmová-technologie elektrochemické povrchové úpravy- může in situ vytvořit hustý keramický oxidový film na povrchu substrátu z titanové slitiny, čímž se výrazně zlepší odolnost materiálu proti opotřebení, odolnost proti korozi, tepelná izolace a elektrické izolační vlastnosti. V současnosti je to hlavní technologický přístup pro špičkové-zpevnění povrchu titanových slitin. Tento článek systematicky pojednává o principech mikro-obloukové oxidační technologie, jejích procesních výhodách, mechanismech řízení výkonnosti, nedávném pokroku ve výzkumu a jejích vyhlídkách pro průmyslové využití.
I. Principy a klíčové výhody mikro-obloukové oxidační technologie
Mikro-oxidace elektrickým obloukem je vysoce-technologie povrchové úpravy vyvinutá na základě konvenční anodizace. Tento proces rozšiřuje rozsah elektrochemické oxidace do rozsahu vysokonapěťových výbojů, což způsobuje řadu složitých fyzikálně-chemických změn,-jako je jiskrový výboj, mikro{5}}rozbití oblouku a plazmové reakce-, ke kterým dochází v obrobcích z kovu ventilů (včetně titanu, hliníku a hořčíku) v elektrolytu. Prostřednictvím spojených účinků elektrochemie, termochemie a plazmochemie roste na místě na kovovém povrchu hustá, vysoce-tvrdá vrstva keramického oxidu, která je metalurgicky spojena se substrátem, čímž se dosahuje komplexního posílení povrchových vlastností materiálu.
(I) Čtyřfázový{0}}mechanismus tvorby filmu mikro-obloukové oxidace Proces tvorby mikro-obloukového oxidačního filmu pro titanové slitiny lze rozdělit do čtyř po sobě jdoucích fází, z nichž každá má odlišné reakční charakteristiky a jasně definované vrstvy tvorby filmu:
Fáze 1: Před-jiskrová fáze. Na začátku běžné aplikace se z povrchu obrobku uvolní velké množství kyslíku, čímž se vytvoří plynotěsná vrstva a na povrchu se rychle vytvoří jednotný izolační pasivační film. Proudová hustota rychle stoupá na vrchol a poté klesá, čímž se položí základ pro následnou průraznou reakci.
Fáze 2: Fáze výboje jiskry. Jak napětí stále roste, slabé oblasti povrchového pasivačního filmu jsou jako první rozbity vysokým napětím a tvoří plazmový výbojový kanál mezi elektrodami. Na povrchu obrobku se objevují četné malé bludné jiskry. Body rozpadu se dynamicky a náhodně mění, což vede k počátečnímu rovnoměrnému růstu filmu.
Fáze 3: Mikro-oblouk reakce Fáze Jak reakce pokračuje, rozptýlené jiskry se postupně spojují do stabilních mikro-oblouků; intenzita výboje se zvyšuje, počet oblouků se snižuje a jejich pohyb se zrychluje. Tloušťka filmu a povrchový odpor se stále zvyšují, proudová hustota se postupně stabilizuje a hlavní struktura keramického filmu se rychle formuje. Fáze 4: Fáze lokalizovaného oblouku. V pozdních fázích reakce se počet povrchových obloukových skvrn snižuje, jejich pohyb se zpomaluje, energie výboje se koncentruje a proudová hustota dále klesá. Povrch obrobku prochází složitými procesy, jako je ostřelování plazmou, tavení a difúze, vysokoteplotní slinování a fázové přechody tuhnutí, čímž se nakonec vytvoří keramický oxidový povlak s významnou tloušťkou, vysokou hustotou a extrémně silnou adhezí.
(II) Vynikající výhody mikro-obloukové oxidační technologie
1. Výjimečně silná adheze: Keramický povlak roste in situ na substrátu, čímž se eliminuje riziko odlupování nebo delaminace; jeho přilnavost daleko převyšuje přilnavost konvenčních procesů, jako je stříkání a galvanické pokovování.
2. Přizpůsobitelné vlastnosti povlaku: Úpravou složení elektrolytu, elektrických parametrů a trvání procesu lze přesně řídit tloušťku, hustotu, tvrdost a odolnost proti korozi povlaku, aby se dosáhlo přizpůsobené funkčnosti.
3. Žádné poškození substrátu: Okamžitá teplota v zóně mikro-obloukového výboje může dosáhnout více než 2 000 stupňů . Vysoká místní teplota plazmy způsobuje spékání keramické fáze, ale celková teplota obrobku zůstává pod 300 stupňů, což zabraňuje změkčení substrátu, deformaci a degradaci výkonu.
4. Silná celoplošná potahovací schopnost: Bez omezení strukturou obrobku lze dosáhnout rovnoměrného potahu na složitých, nepravidelně tvarovaných dílech, vnitřních dutinách a rozích, bez mrtvých zón nebo vynechání potahu.
5. Jednoduchý a nákladově-efektivní proces: Není vyžadována žádná vysoká-teplota nebo vakuum; kroky předúpravy jsou jednoduché; tok procesu je krátký; spotřeba energie je kontrolovatelná; a nákladová-efektivita je vynikající.
6. Výrazné zlepšení celkového výkonu: Kombinací houževnatosti kovu s vysokou tvrdostí a odolností keramiky proti korozi proces výrazně zlepšuje celkový výkon titanové slitiny, včetně odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi, tepelné izolace a elektrické izolace.
Využití jejích četných výkonnostních výhod-včetně odolnosti proti opotřebení, odolnosti proti korozi, tepelné izolace, elektrické izolace a biokompatibility-technologie modifikace MAO z titanové slitiny prokázala široké uplatnění v různých oblastech a scénářích. V odvětví lodního strojírenství mohou husté keramické povlaky TiO₂ účinně odolávat korozi solné vody z mořské vody a galvanické korozi, díky čemuž jsou vhodné pro složité konstrukční součásti lodí, potrubní armatury a přesné části námořního vybavení, čímž výrazně zvyšují odolnost zařízení vůči stárnutí v mořském prostředí. V odvětvích automobilového průmyslu a průmyslových zařízení nabízejí nátěry MAO vynikající vlastnosti tepelné bariéry, řeší problémy odlupování a teplotního rozdílu odolnosti běžné u tradičních tepelně izolačních nátěrů. Jsou vhodné pro vysokoteplotní -součásti motoru a těžké-třecí díly, zvyšují odolnost zařízení vůči vysokým teplotám, opotřebení a umožňují prodlouženou životnost. V odvětví textilních strojů keramické povlaky s vysokou-tvrdostí a nízkým{9}}třením výrazně zlepšují odolnost vysokorychlostních součástí proti opotřebení. Jsou vhodné pro díly náchylné k{12}}kritickému opotřebení, jako jsou vysokorychlostní nitě{13}}a sestavy přesných vodicích drátů, čímž prodlužují životnost zařízení. V odvětví elektroniky a špičkových{15}}zařízení nabízejí mikro-obloukové oxidační povlaky vynikající elektromagnetické stínění, odolnost vůči radiaci a ochranu před-vysokoenergetickým zářením. Lze je použít na špičkové elektronické stínící panely a ochranné součásti přesných přístrojů, díky čemuž jsou vhodné pro extrémní provozní podmínky, jako je vysoké napětí, vysoká teplota, vysoká rychlost a intenzivní záření. V lékařské oblasti lze povlaky s modifikovanou biokompatibilitou{21}}použít na ortopedické implantáty a lékařské nástroje z titanové slitiny, čímž se účinně zvyšuje odolnost proti korozi a biokompatibilita s vynikající klinickou aplikační hodnotou.
E-e-mail:garychen3215@hotmail.com
Adresa: č.35, Baoti Rd, město Baoji, provincie Shaanxi, Čína
Kontakt: pan Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobil/WhatsApp: +86 13092900605
