Які методи обробки поверхні титанових сплавів?

титановий сплав широко використовується в авіації, хімічній промисловості та біомедичних областях. Тим не менш, їхня низька твердість і нещасливий ворог зносу та властивості зменшення контакту обмежують їх застосування. Багато уваги привернуло використання інноваційного регулювання поверхні для роботи над поверхневими властивостями титанового сплаву. Хімічна обробка або хімічне окислення зазвичай є найпоширенішим методом підвищення сили зв’язку між підкладкою та шаром покриття та стійкості поверхні до корозії. Незважаючи на це, оксидна плівка, отримана шляхом хімічного окислення, тонка і має низьку стійкість до корозії та довговічність. Нанесення хімічного та гальванічного покриття на титан ускладнюється через оксидну плівку на його поверхні. Навпаки, обробка мікродуговим окисленням зазвичай вважається найбільш перспективним методом обробки поверхні титанового сплаву на даний момент.

Як правило, титан і титанові сплави мають нижчу зносостійкість, ніж зазвичай використовувані біологічні сплави, сплав CoCr і нержавіюча сталь 316L, і отриманий порошок для зносу може мати негативний вплив на біологічний організм. Тому деякі нещодавно розроблені титанові сплави для біологічного використання часто вимагають відповідної обробки поверхні для покращення їх зносостійкості перед використанням in vivo. Для подальшого покращення корозійної стійкості, зносостійкості, стійкості до фретингу, стійкості до високотемпературного окислення тощо титанових сплавів обробка поверхні титанових сплавів є ефективним способом подальшого розширення сфери використання титанових сплавів. Можна сказати, що сучасне використання металів Майже всі методи обробки поверхні були застосовані для обробки поверхні титанових сплавів, включаючи металеве покриття, хімічне покриття, термічну дифузію, анодування, термічне напилення, іонну технологію низького тиску, електронні і лазерне легування поверхні, і нерівноважне магнетронне розпилення покриттів. , іонне азотування, виробництво плівок PVD, іонне покриття, нанотехнології тощо. Схоже, що формування інфільтраційних покриттів TiO, TiN та TiC на поверхні титанових сплавів та поверхнева окислювальна обробка багатошарових наноплівок TiAlN для підвищення їхньої зносостійкості все ще знаходяться в центрі уваги досліджень.

Осадження рідини:Рідке нанесення біокерамічного покриття на поверхні TC4. Останніми роками було оприлюднено дослідницькі дослідження щодо отримання біокерамічних покриттів на поверхні матричних імплантатів із титанового сплаву шляхом хімічної обробки. Наприклад, пропонується двоетапний процес обробки лугом з використанням процесу обробки високою концентрацією NaOH або H2O2, і деякі люди ввели такі модулятори, як вінілтриетоксисилан і поліакрилат натрію, для отримання біокерамічних покриттів. Після простої кислотно-лужної попередньої обробки титановий сплав TC4 занурюють і осаджують у розчин для швидкого кальцифікації (FCS), який імітує рідину організму, щоб отримати композити біокерамічного покриття на основі титану на основі градієнта з високою біологічною активністю. Вивчення цього методу має дуже важливе теоретичне значення та потенційну економічну цінність для безпосереднього застосування титанових сплавів як матеріалів для твердих тканинних імплантатів.

Обробка поверхні окислення:У порівнянні з іншими технологіями обробки поверхні іонна імплантація має багато переваг. Порівняно з фізичним або хімічним осадженням з парової фази основні переваги: ​​① Плівка добре поєднується з підкладкою та має сильну стійкість до механічних та хімічних впливів без відшаровування; ② Імплантація. Процес не вимагає підвищення температури підкладки, таким чином зберігаючи геометричну точність заготовки; ③ Процес має хорошу повторюваність тощо. Багато дослідників повідомляють, що імплантація іонів азоту добре впливає на покращення складу поверхні, мікроструктури, твердості та трибологічних властивостей титанового сплаву Ti6Al4V. TiC також є надтвердою фазою, тому іонна імплантація вуглецю в титанові сплави також може зміцнити поверхню титанових сплавів. Однак, оскільки плазмова іонна імплантація не є безперервним процесом, при застосуванні кожного негативного імпульсного потенціалу, оскільки імпульсний потенціал падає від нуля до значення долини, а потім знову піднімається до нуля, відбуваються два процеси, розпилення та імплантація. Якщо плазма містить іони металу або вуглецю, коли потенціал імпульсу дорівнює нулю, на поверхні за певних умов утворюється один шар осадження вуглецю. Під певною імпульсною напругою (10~30кВ) структура цього єдиного шару вуглецю буде алмазоподібним вуглецем (DLC). В результаті можна отримати поверхневий модифікований шар з нижчим коефіцієнтом тертя та кращою зносостійкістю, ніж шар із введенням азоту. Було експериментально визначено, що єдиний вуглецевий шар на поверхні є плівкою DLC. Твердість поверхні обробленого таким чином титанового сплаву підвищується в 4 рази. Коли один і той же матеріал утворює пару тертя, в умовах сухого тертя коефіцієнт тертя падає з 0,4 до 0,1, а зносостійкість більш ніж у 30 разів вище, ніж без іонної імплантації. .

Іонно-променеве осадження (IBED):Тверду плівку CrC було виготовлено за допомогою методу посиленого осадження іонним променем (IBED), який можна використовувати для захисту титанових сплавів від фреттингу. Дослідження показують, що CrC демонструє найкращі характеристики втоми від фреттингу; а плівка CrC, покрита після дробеструйної обробки, демонструє найвищу стійкість до фреттингу. Іонне бомбардування: після обробки поверхні титанового сплаву TC11 бомбардуванням іонами азоту на поверхні можна отримати модифікований шар, що складається з TiN і Ti2N, з твердістю 600~800HV; збільшення твердості поверхні сприяє підвищенню зносостійкості титанового сплаву TC11. Плазмове азотування ідробеструйна обробка:Пристрій імпульсного плазмового живлення постійного струму використовується для азотування поверхні титанового сплаву Ti6Al4V, а дробеструйне зміцнення деформацією (SP) використовується для подальшої обробки шару азотування. На поверхні титанового сплаву отримують TiN, Ti2N і Ti2A1N. Азотований шар, що складається з рівних фаз, цей модифікований шар може значно підвищити стійкість до звичайного зношування та фретинг-зносу (FW) титанових сплавів, але зменшує стійкість до FF основного матеріалу. Зменшення тертя та протизносні властивості азотованого шару взаємодіють із поверхневою залишковою напругою стиску, створеною SP, завдяки чому опір титанового сплаву FF перевищує показники SP окремо. Підвищення міцності азотованого шару є дуже важливим для покращення властивостей FF та FW

з титанових сплавів. Мембрана DLC:Композитна вуглецева мембрана має унікальні фізичні, механічні та хімічні властивості, і вона була використана як об’єкт численних досліджень. Основною метою використання методу хімічного осадження з високочастотної плазми для отримання алмазоподібних вуглецевих плівок є підвищення твердості поверхні та опору тертю титанових сплавів. Результати випробувань показують, що якщо вміст титану в плівці перевищує 9%, твердість плівки зменшиться, а міцність з’єднання основи плівки також обмежена.

Мікродугове окислення змінним струмом:Мікродугове оксидування (МАО) — це нова технологія вирощування плівок оксидної кераміки на металевих поверхнях. Він розвинувся в результаті анодування, але він застосовував високу напругу в кілька сотень вольт, порушуючи обмеження напруги анодування. Ця технологія безпосередньо перетворює основний метал на оксидну кераміку за допомогою миттєвого високотемпературного спікання під високим тиском у зоні мікродугового розряду та отримує більш товсту оксидну плівку. Для плівки мікродугового окислення на поверхні титанового сплаву отримана плівка має високу твердість і добре поєднується з металевою матрицею. Він покращує зносостійкість, стійкість до корозії, стійкість до термічного удару та ізоляційні властивості поверхні титанового сплаву та має перспективи застосування в багатьох галузях.