Tractament superficial de la barra de titani: resistència a la corrosió i al desgast

Barres de titani s'utilitzen àmpliament en components estructurals, peces de transmissió, dispositius d'implant i altres camps. No obstant això, la seva baixa duresa superficial i la seva poca resistència al desgast, juntament amb la susceptibilitat a la corrosió per picades i esquerdes en entorns durs. El tractament superficial pot millorar la seva resistència a la corrosió i al desgast, permetent la personalització del rendiment.

 

 

 

1.1 Tractament mecànic

Modifica la superfície de les barres de titani mitjançant efectes físics, sense reactius químics, processos senzills i baixos costos.

El poliment mecànic pot aconseguir un acabat mirall amb una rugositat superficial Ra ＜ 0,01 μm mitjançant un rectificat pas-per-.

L'extracció de sorra elimina les capes d'òxid i els contaminants mitjançant l'impacte de les partícules de sorra{0}}d'alta velocitat, formant una superfície rugosa amb Ra 2–5 μm per millorar la força d'unió.

 

1.2 Tractament químic

Regula l'estat de la superfície, elimina les impureses i optimitza la planitud mitjançant la reacció entre reactius químics i la superfície de la barra de titani, posant les bases per a l'enfortiment posterior.

El poliment químic utilitza solucions àcides o alcalines febles per millorar l'acabat de la superfície i requereix un segellat de silà.

La purificació del decapat adopta una solució mixta d'àcid fluorhídric-àcid nítric per eliminar les escates d'òxid i les impureses.

L'oxidació atmosfèrica pot espessir la pel·lícula d'òxid a altes temperatures per millorar la resistència a la corrosió.

 

 

2.1 Tractament electroquímic

Forma una pel·lícula d'òxid densa a la superfície de la barra de titani mitjançant electròlisi, que té resistència a la corrosió i al desgast amb processos controlables.

L'anodització aplica una tensió de 10–200 V en un electròlit d'àcid sulfúric per preparar una pel·lícula de TiO₂ amb un gruix d'1–30 μm, que millora la resistència al desgast, la resistència a la corrosió i la biocompatibilitat; ajustar els paràmetres del procés pot preparar matrius de nanotubs porosos de TiO₂ per a la fotocatàlisi i els camps de sensors.

L'oxidació de micro-arc, una tecnologia d'anodització millorada, aplica un alt voltatge de 300 a 600 V per formar una capa d'òxid de grau-ceràmic amb una duresa d'HV 1500+ i una resistència a altes temperatures per sobre dels 800 graus, així com un bon rendiment d'aïllament.

 

2.2 Modificació del tractament tèrmic

Forma una capa d'aliatge dur a la superfície de la barra de titani mitjançant la difusió d'elements de plasma o d'alta -temperatura, millorant la duresa, la resistència al desgast i la resistència a la corrosió.

La nitruració és la tecnologia més utilitzada, que pot formar una capa de TiN/Ti₂N amb un gruix de 5 a 20 μm i una duresa de HV 2000, reduint el coeficient de fricció en un 60%, i s'utilitza principalment per a peces de transmissió d'alta-càrrega; La nitrooxidació de plasma forma una capa composta amb un millor rendiment i una petita deformació.

La carburació forma una capa de TiC amb un gruix de 2-10 μm i resistència a altes temperatures de fins a 800 graus; La perforació té una duresa alta però processos complexos.

 

2.3 Tecnologies de recobriment i compostos

Pot preparar recobriments funcionals a la superfície de la barra de titani per personalitzar la resistència a la corrosió i al desgast, que és un mitjà important per enfortir la superfície de les barres de titani.

Els recobriments lubricants i anti{0}}adhesius s'utilitzen per reduir la fricció: els recobriments d'emulsió de grafit formen una pel·lícula lubricant d'1 a 5 μm, que resisteix l'oxidació i redueix la pèrdua de processament en més d'un 30%; Els recobriments de fluorofosfat tenen un coeficient de fricció tan baix com 0,1.

Recobriments funcionals{0}}de gamma alta: els recobriments bioceràmics (HA) s'utilitzen per als implants ortopèdics per promoure l'osteointegració; Els recobriments DLC tenen una duresa de HV 3000–5000 i un coeficient de fricció de 0,05; Els recobriments de metalls preciosos tenen una bona resistència a la corrosió, però són propensos a esquinçar-se i tenen un cost elevat; El nano-níquel i la plata galvanitzats poden millorar la resistència al desgast i el rendiment anti-convulsions, solucionant el problema de "convulsió" de les pales aeroespacials.

 

 

3.1 Tractament de superfícies amb làser

Modifica la superfície de la barra de titani amb làser d'alta-energia, amb alta velocitat, alta precisió i poc impacte a la matriu, i pot millorar simultàniament la resistència al desgast i a la corrosió.

El revestiment làser utilitza pols de titani Gr5 per preparar una capa d'aliatge de 0,5 a 2 mm, millorant 5 vegades la resistència al desgast, adequada per a condicions de treball pesades-.

L'aliatge de superfície làser pot infiltrar nitrogen i carboni per formar una capa de gradient amb HV 1000–2000.

El processament de titani de color làser combinat amb l'anodització té en compte la protecció i la decoració.

 

3.2 Tecnologia d'implantació iònica

Injecta nitrogen, oxigen, carboni i altres ions a la superfície de la barra de titani amb una profunditat de 0,1 a 1 μm, que pot augmentar la duresa en 3 vegades i reduir la densitat del corrent de corrosió en dos ordres de magnitud. Aquesta tecnologia no modifica el rendiment de la matriu i aconsegueix l'enfortiment a nanoescala.

La implantació d'ions de metalls preciosos pot aconseguir una millor resistència a la corrosió, però té un cost elevat i encara s'està investigant.

 

3.3 Tecnologia de modificació composta

El tractament de superfície únic és difícil de complir amb condicions de treball complexes i la combinació de múltiples tecnologies s'ha convertit en la corrent principal. La combinació d'anodització i sputtering de magnetrons pot preparar recobriments antibacterians de TiO₂/Ag amb una taxa antibacteriana superior al 99%, adequat per a dispositius mèdics i implants; la combinació de nitrooxidació de plasma i revestiment làser té en compte la resistència a la corrosió i la resistència al desgast -resistent.

 

 

Especialitzat en la fabricació de barres rodones de titani, donem la benvinguda a les vostres consultes a:Sam.Rui@bjrh-titanium.com