Osnovna tehnologija za površinsku modifikaciju legura titana: Vakuumsko prevlačenje legura titana

Vakuumski premaz legure titanaje temeljna tehnologija za površinsku modifikaciju legura titana. Njegova je glavna svrha kompenzirati lokalne nedostatke legura titana (kao što su otpornost na habanje, otpornost na koroziju, otpornost na oksidaciju pri visokim-temperaturama i smanjenje trenja), zadržavajući njihove inherentne prednosti visoke čvrstoće i male težine. Široko se upotrebljava u-poljima visoke klase kao što su zrakoplovna, medicinska, industrija preciznih strojeva i automobilska industrija.

Ključni preduvjeti za vakuumsko oblaganje legure titana (prvo, razjasnite 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 stupnjeva). Vakuumski premaz zahtijeva svladavanje pasivizirajućeg filma kako bi se osiguralo snažno prianjanje između filma i podloge.
• Zahtjevi za premaz jezgre: ① Adhezija veća ili jednaka 50N (test grebanjem/test rastezanja); ② Gusti film-bez pora; ③ Kompatibilan sa žilavošću podloge od legure titana, sprječava krto pucanje; ④ Ne utječe na mehanička svojstva same podloge.
• Osnovne prednosti: Premazivanje u vakuumskom okruženju (stupanj vakuuma 10⁻³~10⁻⁶Pa) ne osigurava oksidaciju ili kontaminaciju nečistoćama, što rezultira dobrom ujednačenošću filma i kontroliranom debljinom (0,5-50μm). Prikladan je za izratke složenog oblika od legure titana (kao što su šipke od titana, oštrice od legure titana i medicinski implantati).

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

1. Temeljno načelo
U visoko-vakuumskoj komori, elektroni su ograničeni magnetskim poljem kako bi bombardirali ciljani materijal (metalni/keramički cilj), uzrokujući odvajanje ciljnih atoma/iona i taloženje na površini podloge od legure titana, tvoreći gusti sloj filma. Ovaj proces spada u kategoriju fizičkog taloženja parom (PVD).

2. Namjenski proces jezgre za legure titana (ključ leži u prethodnoj obradi supstrata, koja određuje snagu lijepljenja)
Pred{0}}obrada podloge (osnovni korak, čini 70% kvalitete premaza)
Grubo čišćenje: Ultrazvučno čišćenje (aceton + alkohol) za uklanjanje ulja i prašine, nakon čega slijedi sušenje;
Uklanjanje pasivizirajućeg filma: jetkanje ionima argona (stupanj vakuuma 10⁻³Pa, tlak argona 0,5-1Pa, prednapon -100~-300V, vrijeme 15-30min) za razbijanje TiO₂ filma, izlaganje svježe površine titana i istovremeno hrapav površinski sloj (hrapavost Ra 0,1-0,3μm) za poboljšanje mehaničkog međusobnog blokiranja;
Prethodno zagrijavanje: Prethodno zagrijavanje supstrata od legure titana na 150-300 stupnjeva kako bi se smanjio stres razlike temperature između filma i supstrata i spriječilo pucanje filma.
Proces premazivanja (Dva koraka: prvo osnovni sloj, zatim nanošenje)
Osnovni sloj: Prvo se nanosi prijelazni sloj (Ti sloj ili Cr sloj, debljina 0,1-0,5 μm) kako bi se uklonila neusklađenost rešetke između legure titana i funkcionalnog filma i poboljšala čvrstoća lijepljenja. Parametri: ciljna struja 2-5A, prednapon -50~-100V, vrijeme 5-10min;
Taloženje funkcionalnog sloja: Odaberite ciljani materijal prema zahtjevima, kontrolirajte debljinu filma. Osnovni parametri: stupanj vakuuma 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, brzina protoka argona 20-50sccm, ciljna struja 3-8A, prednapon -30~-80V, temperatura taloženja manja ili jednaka 400 stupnjeva (kako bi se izbjeglo žarenje i omekšavanje legure titana).
Naknadna-obrada: prirodno hlađenje na sobnu temperaturu nakon uklanjanja iz peći. Vrhunski-dijelovi mogu se podvrgnuti ni-temperaturnom žarenju (150-200 stupnjeva × 1h) kako bi se uklonio unutarnji stres u filmu.

Tipični scenariji primjene vakuumskog premazivanja legure titana (odgovarajući odabir procesa)

1. Područje zrakoplovstva: lopatice od legure titana, konektori → ionsko nitriranje + TiAlN multi-lučna prevlaka; Precizne osovine od legure titana → TiCN premaz magnetronskim raspršivanjem;
2. Medicinsko područje: spojevi od legure titana, vijci za kosti → DLC premaz magnetronskim raspršivanjem (biokompatibilan); Implantati od legure titana → Vakuumsko elektrolučna ionska obrada (ne-otrovna);
3. Područje preciznih strojeva: alati od legure titana, kalupi → TiN/TiCN magnetronsko raspršivanje; Klizači od legure titana → DLC premaz;
4. Područje pomorskog inženjerstva: Spojni elementi od legure titana, cijevi → CrN magnetronsko raspršivanje (otpornost na koroziju u slanom spreju);
5. Ukrasno polje: nakit od legure titana → Au/TiN plastificiranje vakuumskim isparavanjem (jarke boje).