Технология обработки поверхности титановых поковок

Титановые поковкислужат в суровых условиях в области авиационных двигателей, химической и медицинской промышленности, где требуется чрезвычайно высокое качество поверхности. Дефекты поверхности заготовок могут привести к выходу из строя. Научная обработка поверхности может укрепить и модифицировать поверхность, улучшить качество и продлить срок службы, а также обеспечить безопасность в экстремальных условиях работы.

 

 

Это относится к изменению химического состава, организационной структуры или морфологических характеристик поверхности материала с помощью физических, химических, электрохимических или других методов. С его помощью можно достичь таких функциональных целей, как повышенная коррозионная стойкость, улучшенная износостойкость и оптимизированная биосовместимость.

 

 

 

(I) Химическая пассивация: низкая стоимость

Химическая пассивация включает погружение титановых поковок в химический раствор для образования плотной пассивационной пленки TiO₂, изолирующей коррозию. В основном промышленном процессе используется 20-30% азотная кислота при погружении на 30 минут с образованием пленки толщиной 5-15 нм. Он может похвастаться такими преимуществами, как простота, низкая стоимость и высокая эффективность при минимальном влиянии на размеры. Подходит для пакетной защиты титановых поковок в обычных условиях работы, широко используется в химических фланцах и обычных энергетических компонентах.

 

Однако пленка относительно тонкая, не способна противостоять сильной коррозии и высоким нагрузкам и непригодна для экстремальных условий работы.

 

(II) Анодирование: прецизионные сценарии

Анодирование – это электрохимический процесс. Титановые поковки обрабатываются сернокислым электролитом под напряжением 20–60 В с образованием оксидной пленки толщиной 10–30 мкм. Его коррозионная стойкость более чем на 50% выше, чем у химической пассивации. Цвет пленки можно регулировать, сочетая функциональные и декоративные свойства, а ее пористая структура позволяет оптимизировать биосовместимость. Подходит для медицинских ортопедических имплантатов и прецизионных электронных компонентов из титана.

 

Недостаток заключается в том, что пленка хрупкая, не выдерживает сильных ударов, поэтому ее следует использовать с осторожностью в условиях сильного-износа и высокой-усталости работы.

 

(III) Микродуговое окисление: экстремальные условия работы

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 градусов), высокая твердость и износостойкость. Это основное решение для защиты титановых компонентов в экстремальных условиях работы, подходящее для ключевых компонентов аэрокосмических двигателей и морской техники.

 

Недостатками являются повышенная шероховатость поверхности и высокая стоимость, что ограничивает его применение только-сценариями высокого класса.

 

(IV) Дробеструйная обработка: компоненты, подвергающиеся высокой усталостной нагрузке

Дробеструйная обработка — это процесс физической модификации. Высокоскоростные-снаряды воздействуют на титановые поковки, образуя слой сжимающего напряжения толщиной 0,1–0,3 мм со степенью покрытия не менее 200 %. Он может подавлять усталостные трещины, улучшать сопротивление усталости более чем на 30% и продлевать срок службы компонентов, находящихся под высокими нагрузками, специально разработан для ключевых деталей, подвергающихся переменным нагрузкам.

 

Примечание. Шероховатость поверхности немного увеличивается, и для компонентов сверх-высокой-прецизионной точности требуется последующая полировка.

 

(V) Физическое осаждение из паровой фазы (PVD): технология прецизионного нанесения покрытия

PVD – это технология вакуумного нанесения сверх-твёрдого покрытия. Он снижает трение и износ, не ухудшая характеристики носителя, а его параметры можно регулировать для поддержки индивидуальной настройки. Подходит для быстроизнашиваемых-компонентов, таких как титановые шестерни и подшипники.

 

Ограничения: покрытие тонкое и не выдерживает ударов, а стоимость подготовки высока.

 

(VI) Электрополировка: биомедицинская область

При электрополировке используется электролит на основе фосфорной кислоты-для электрохимического выравнивания и очистки, в результате чего поверхность титана имеет Ra меньше или равное 0,1 мкм. Он устраняет дефекты микротрещин и обеспечивает превосходную биосовместимость, в основном используется для медицинских имплантатов, а также применим к сценариям с высокой-чистотой, таким как полупроводники.

 

Недостатки: высокое энергопотребление, низкая эффективность, строгий контроль параметров и невозможность выполнения традиционной пакетной обработки.

 

 

Выбор процессов обработки поверхности титановых поковок должен следовать принципам «адаптации рабочих условий, приоритета производительности и контроля затрат», всесторонне учитывая свойства материала, условия эксплуатации, функциональные требования и экономическую эффективность.

• Для лопаток компрессоров авиационных-двигателей, требующих термостойкости и устойчивости к коррозионной усталости, применяется сложный процесс «микродуговое оксидирование + дробеструйная обработка».
• Для лопастей мешалок химических реакторов, требующих устойчивости к сильной коррозии, выбирается недорогая-анти-комбинация «химическая пассивация + покрытие из ПТФЭ».
• Для медицинских искусственных суставов, которым необходима как биосовместимость, так и износостойкость, применяется «электрополировка + анодирование» для обеспечения чистоты и остеоинтеграции.
• Для стержней клапанов морской техники, требующих устойчивости к коррозии и эрозии в морской воде, основным решением является микродуговое оксидирование + защитная анодная защита.

 

Свойства материала также влияют на выбор процесса:

Коммерческий чистый титан (Gr1/Gr2) подходит для обычных агрессивных сред, при этом химическая пассивация является предпочтительным вариантом.

Гр5 (Ti-6Al-4V) служит при высоких температурах, требует термобарьерных покрытий.

Титановые сплавы -типа должны избегать процессов с участием водородсодержащих-сред, чтобы предотвратить водородное охрупчивание.

 

Компания Ruihang, как профессиональный производитель изделий из титана и титановых сплавов, поставляет высококачественные-поковки, пластины, прутки, трубы, проволоку, профили и т. д. из титана и титановых сплавов. Для получения более подробной информации свяжитесь с нами по электронной почте:Sam.Rui@bjrh-titanium.com