Zahvaljujući niskoj gustoći, visokoj specifičnoj čvrstoći, izvrsnoj biokompatibilnosti i otpornosti na vremenske uvjete,legure titanapostali su ključni strukturni materijali u područjima kao što su zrakoplovstvo, vojna oprema, medicinski uređaji i vrhunska-civilna proizvodnja. Međutim, legure titana imaju inherentne nedostatke, uključujući relativno nisku površinsku tvrdoću, nedovoljnu otpornost na trošenje i osjetljivost na galvansku koroziju, što značajno ograničava njihovu upotrebu pod teškim opterećenjima, trenjem, korozijom u morskoj vodi i složenim radnim uvjetima, čime se ograničava njihova široka industrijska primjena.
Kako bi se riješili ti nedostaci površinskih svojstava titanovih legura, industrija naširoko koristi procese površinske modifikacije kako bi poboljšala njihovu ukupnu radnu izvedbu. Među njima, mikro{1}}lučna oksidacija (MAO)-nova plazma{3}}elektrokemijska površinska obrada-može in situ generirati gusti keramički oksidni film na površini podloge od legure titana, značajno poboljšavajući otpornost materijala na habanje, otpornost na koroziju, toplinsku izolaciju i svojstva električne izolacije. To je trenutačno glavni tehnološki pristup za visoko-površinsko ojačavanje legura titana. Ovaj rad sustavno raspravlja o principima tehnologije mikro-lučne oksidacije, prednostima njenog procesa, mehanizmima kontrole performansi, najnovijem napretku istraživanja i njenim izgledima za industrijsku primjenu.
I. Načela i ključne prednosti tehnologije mikro-lučne oksidacije
Mikro{0}}oksidacija je visoko{1}}energetska modifikacija površine razvijena iz konvencionalne anodizacije. Ovaj proces proširuje raspon elektrokemijske oksidacije u visoko{3}}područje pražnjenja napona, uzrokujući niz složenih fizikalno-kemijskih promjena-kao što su pražnjenje iskre, mikro-proboj luka i reakcije u plazmi-koje se javljaju u metalnim radnim dijelovima ventila (uključujući titan, aluminij i magnezij) unutar elektrolita. Kroz spojene učinke elektrokemije, termokemije i kemije plazme, gusti film keramičkog oksida visoke -tvrdoće koji je metalurški vezan za supstrat raste in situ na metalnoj površini, postižući sveobuhvatno jačanje površinskih svojstava materijala.
(I) Četvero{0}}mehanizam stvaranja filma mikro-lučne oksidacije Proces stvaranja filma mikro-lučne oksidacije za legure titana može se podijeliti u četiri uzastopna stupnja, svaki s različitim karakteristikama reakcije i jasno definiranim slojevima stvaranja filma:
Faza 1: Pred-faza iskre. Na početku trenutne primjene, velika količina kisika se oslobađa s površine izratka, stvarajući sloj za brtvljenje plina, a na površini se brzo stvara ravnomjeran izolacijski pasivacijski film. Gustoća struje brzo raste do vrhunca prije nego što opadne, postavljajući temelj za kasniju reakciju sloma.
Faza 2: Faza iskričastog pražnjenja. Kako napon nastavlja rasti, slaba područja površinskog pasivizirajućeg filma prva su razbijena visokim naponom, stvarajući kanal za pražnjenje plazme između elektroda. Na površini obratka pojavljuju se brojne male, lutajuće iskre. Točke kvara mijenjaju se dinamički i nasumično, što rezultira početnim ravnomjernim rastom filma.
Faza 3: Faza reakcije mikro-luka Kako se reakcija nastavlja, raspršene iskre postupno se spajaju u stabilne mikro{2}}lukove; intenzitet pražnjenja se povećava, broj lukova se smanjuje, a njihovo kretanje ubrzava. Debljina filma i površinski otpor nastavljaju se povećavati, gustoća struje postupno se stabilizira, a glavna struktura keramičkog filma brzo poprima oblik. Stadij 4: Stadij lokaliziranog luka. U kasnim fazama reakcije, broj površinskih točaka luka se smanjuje, njihovo kretanje se usporava, energija pražnjenja postaje koncentriranija, a gustoća struje se dodatno smanjuje. Površina izratka prolazi kroz složene procese kao što su bombardiranje plazmom, taljenje i difuzija, sinteriranje na visokim-temperaturama i fazni prijelazi skrućivanja, u konačnici stvarajući premaz od keramičkog oksida značajne debljine, visoke gustoće i izuzetno jake adhezije.
(II) Izvanredne prednosti tehnologije mikro-lučne oksidacije
1. Izuzetno jako prianjanje: keramički premaz raste in situ na podlozi, eliminirajući rizik od ljuštenja ili raslojavanja; njegova adhezija daleko premašuje onu konvencionalnih procesa kao što su raspršivanje i galvanizacija.
2. Prilagodljiva svojstva premaza: Prilagodbom formulacije elektrolita, električnih parametara i trajanja procesa, debljina premaza, gustoća, tvrdoća i otpornost na koroziju mogu se precizno kontrolirati kako bi se postigla prilagođena funkcionalnost.
3. Bez oštećenja podloge: Trenutna temperatura u zoni pražnjenja mikro-luka može doseći preko 2000 stupnjeva. Visoka lokalna temperatura plazme uzrokuje sinteriranje keramičke faze, ali ukupna temperatura obratka ostaje ispod 300 stupnjeva, sprječavajući omekšavanje supstrata, deformaciju i degradaciju performansi.
4. Snažna sposobnost premazivanja svih-površina: Neograničeno strukturom izratka, može se postići jednolik premaz na složenim dijelovima nepravilnog oblika, unutarnjim šupljinama i kutovima, bez mrtvih zona ili propusta premaza.
5. Jednostavan i isplativ-proces: Nije potrebna visoka-temperatura ili vakuumsko okruženje; koraci predtretmana su jednostavni; tijek procesa je kratak; potrošnja energije je kontrolirana; a troškovna-učinkovitost je izvanredna.
6. Značajno poboljšanje ukupnih performansi: Kombiniranjem žilavosti metala s visokom tvrdoćom i otpornošću na koroziju keramike, proces značajno poboljšava ukupne performanse legure titana, uključujući otpornost na trošenje, otpornost na koroziju, toplinsku izolaciju i električnu izolaciju.
Iskorištavanjem svojih višestrukih prednosti izvedbe-uključujući otpornost na habanje, otpornost na koroziju, toplinsku izolaciju, električnu izolaciju i biokompatibilnost-tehnologija MAO modifikacije legure titana pokazala je široke izglede za primjenu u raznim područjima i scenarijima. U sektoru pomorskog inženjeringa, guste TiO₂ keramičke prevlake mogu se učinkovito oduprijeti koroziji morske vode i galvanskoj koroziji, što ih čini prikladnima za složene strukturne komponente brodova, cijevnih priključaka i preciznih dijelova pomorske opreme, čime se značajno povećava otpornost opreme na starenje u morskom okruženju. U sektoru automobilske i industrijske opreme, MAO premazi nude izvrsna svojstva toplinske barijere, rješavajući probleme otpornosti na ljuštenje i temperaturnu razliku koji su uobičajeni kod tradicionalnih premaza za toplinsku izolaciju. Prikladni su za-komponente motora na visokim-temperaturama i-teške tarne dijelove, povećavajući otpornost opreme na visoke temperature, habanje i omogućujući produljeni vijek trajanja. U sektoru tekstilnih strojeva, keramičke prevlake visoke-tvrdoće i niskog-trenja značajno poboljšavaju otpornost na trošenje komponenti velike-brzine. Prikladni su za kritične-dijelove sklone habanju, kao što su-čašice pređe za velike brzine i sklopovi precizne žice za navođenje, čime se produljuje vijek trajanja opreme. U sektoru elektronike i vrhunske-opreme, premazi mikro-lučne oksidacije nude izvrsnu elektromagnetsku zaštitu, otpornost na zračenje i zaštitu od zračenja visoke{17}}energije. Mogu se primijeniti-na vrhunske elektroničke zaštitne ploče i zaštitne komponente za precizne instrumente, što ih čini prikladnima za ekstremne radne uvjete kao što su visoki napon, visoka temperatura, velika brzina i intenzivno zračenje. U medicinskom području, biokompatibilno{21}}modificirani premazi mogu se koristiti na materijalima za ortopedske implantate i medicinskim instrumentima od legura titana, učinkovito povećavajući otpornost na koroziju i biokompatibilnost, s izvanrednom kliničkom primjenom.
E-pošta:garychen3215@hotmail.com
Adresa: No.35, Baoti Rd, grad Baoji, provincija Shaanxi, Kina
Kontakt: g. Gary Chen
Telefon: +86-917-8883215
Mobitel/WhatsApp: +86 13092900605
