Základní technologie pro povrchové úpravy titanových slitin: Vakuové potahování titanových slitin

Vakuové potahování z titanové slitinyje základní technologie pro povrchovou úpravu slitin titanu. Jeho hlavním účelem je kompenzovat místní nedostatky titanových slitin (jako je odolnost proti opotřebení, odolnost proti korozi, odolnost proti oxidaci při vysokých-teplotách a snížení tření) při zachování jejich přirozených výhod vysoké pevnosti a nízké hmotnosti. Je široce používán ve špičkových-oborech, jako je letecký, lékařský, přesný strojírenský a automobilový průmysl.

Klíčové předpoklady pro vakuové nanášení titanové slitiny (nejprve vyjasněte 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 stupňů). Vakuové nanášení vyžaduje překonání pasivačního filmu, aby byla zajištěna silná adheze mezi filmem a substrátem.
• Požadavky na povlak jádra: ① Přilnavost Větší nebo rovna 50N (zkouška vrypem/tahová zkouška); ② Hustý a porézní-film bez obsahu; ③ Kompatibilní s houževnatostí substrátu z titanové slitiny, zabraňuje křehkému praskání; ④ Neovlivňuje mechanické vlastnosti samotného substrátu.
• Hlavní výhody: Povlak ve vakuovém prostředí (stupeň vakua 10⁻³~10⁻⁶Pa) zajišťuje žádnou oxidaci nebo kontaminaci nečistotami, což má za následek dobrou rovnoměrnost filmu a ovladatelnou tloušťku (0,5-50μm). Je vhodný pro složité obrobky z titanové slitiny (jako jsou titanové tyče, čepele z titanové slitiny a lékařské implantáty).

Proces: Magnetronové naprašování (nejběžnější metoda, vhodná pro středně a nízkoteplotní, vysoce-přesné aplikace)

1. Základní princip
Ve vysokovakuové komoře- jsou elektrony omezeny magnetickým polem, které bombarduje materiál terče (kovový/keramický terč), což způsobí, že se atomy/ionty terče oddělí a usadí se na povrchu substrátu z titanové slitiny, čímž se vytvoří hustá filmová vrstva. Tento proces spadá do kategorie fyzikálního napařování (PVD).

2. Vyhrazený základní proces pro slitiny titanu (klíč spočívá v předběžné úpravě substrátu-, která určuje pevnost spojení)
Předúprava podkladu- (Základní krok, představuje 70 % kvality nátěru)
Hrubé čištění: Ultrazvukové čištění (aceton + alkohol) k odstranění oleje a prachu s následným sušením;
Odstranění pasivačního filmu: Leptání argonovými ionty (stupeň vakua 10⁻³Pa, tlak argonu 0,5-1Pa, předpětí -100~-300V, čas 15-30min) k rozbití filmu TiO₂, vystavení čerstvého titanového povrchu a současnému zdrsnění povrchové vrstvy (drsnost.100-3) Ra
Předehřívání: Předehřejte substrát z titanové slitiny na 150-300 stupňů, aby se snížilo teplotní rozdílové napětí mezi fólií a substrátem a zabránilo se praskání fólie.
Proces nanášení (dva kroky: nejprve základní vrstva, poté nanesení)
Základní vrstva: Nejprve se nanese přechodová vrstva (vrstva Ti nebo vrstva Cr, tloušťka 0,1-0,5 μm), aby se eliminoval nesoulad mezi mřížkou mezi titanovou slitinou a funkčním filmem a zlepšila se pevnost spoje. Parametry: cílový proud 2-5A, předpětí -50~-100V, čas 5-10min;
Nanášení funkční vrstvy: Vyberte cílový materiál podle požadavků, kontrolujte tloušťku filmu. Parametry jádra: stupeň vakua 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, průtok argonu 20-50sccm, cílový proud 3-8A, předpětí -30~-80V, teplota nanášení Menší nebo rovna 400 stupňů (aby se zabránilo žíhání a měknutí titanové slitiny).
Následná{0}}úprava: Přirozené ochlazení na pokojovou teplotu po vyjmutí z pece. Díly vyšší{2}}konce mohou projít nízkoteplotním žíháním (150–200 stupňů × 1 h), aby se eliminovalo vnitřní pnutí ve filmu.

Typické aplikační scénáře vakuového lakování z titanové slitiny (odpovídající výběr procesu)

1. Letecký a kosmický průmysl: Čepele z titanové slitiny, konektory → Iontová nitridace + TiAlN multi-obloukový povlak; Přesné hřídele z titanové slitiny → Magnetronové naprašování TiCN povlak;
2. Lékařské obory: Klouby ze slitiny titanu, kostní šrouby → Magnetronové naprašování DLC ​​potah (biokompatibilní); Implantáty z titanové slitiny → Vakuové obloukové iontové pokovování (ne-toxické);
3. Obor přesných strojů: Nástroje, formy z titanové slitiny → TiN/TiCN magnetronové naprašování; Jezdce z titanové slitiny → DLC povlak;
4. Oblast námořního inženýrství: Spojovací materiál ze slitin titanu, trubky → CrN magnetronové naprašování (odolnost proti korozi solným sprejem);
5. Dekorativní pole: Šperky z titanové slitiny → Vakuové napařování Au/TiN (jasné zbarvení).