Vaikka titaaniseoksilla on korkea lujuus ja erinomainen korroosionkestävyys, niiden huono kulutuskestävyys on suurin haitta niiden sovelluksissa suunnittelussa. Tällä hetkellä teollisuuden kypsät pintakäsittelytekniikat ovat pääasiassa seuraavia tyyppejä, joista jokaisella on omat etunsa ja haittansa.
Märkäpinnoitusmenetelmä
Pinnoite koostuu pääasiassa Cr- ja Ni{0}}P-seoksista. Päällätitaani tangotja langat, tiheän titaanipinnan passivointikalvon vuoksi, suoralla kromauksella on huono tarttuvuus. Teollisuudessa on yleistä, että titaanisubstraatille kerrostetaan ensin kemiallisesti tai esi-Ni-kerros ja sitten galvanoidaan kromi. Elektrolyysimenetelmä muodostaa kalvon nopeasti, pinnoitteen paksuus on useita mikrometrejä, ja koristepinnoite on vain noin 1 μm, mikä täyttää yleiset kulutuskestävyys- ja koristevaatimukset. Se on yksi kustannustehokkaimmista-pintakäsittelymenetelmistä tällä hetkellä. Tässä on kuitenkin puutteita. Pinnoite liimataan mekaanisesti alustaan. Se on taipuvainen kuoriutumaan iskuissa ja raskaassa kuormituksessa. Lisäksi galvanointiprosessissa käsitellään kromia{10}}pitoista jätevesien käsittelyä, mikä aiheuttaa merkittäviä ympäristöpaineita.
Lämpödiffuusiomenetelmä
Teräsmateriaalien kypsien hiiletys-, nitraus- ja boronointiprosessien pohjalta interstitiaaliset atomit diffundoituvat titaanimatriisin sisäosaan korkeissa lämpötiloissa kovetetun kerroksen muodostamiseksi. Tällä menetelmällä voidaan saada diffuusiokerroksia, joiden paksuus vaihtelee useista kymmenistä useisiin satoihin mikrometreihin, joilla on lempeä kovuusgradientti ja vahva sitoutuminen perusmateriaaliin, mikä tekee siitä sopivan kosketusjännityksille altistuviin sovelluksiin. Käsittelylämpötila on kuitenkin yleensä yli 800 astetta, ja titaaniseoksen rakenne on alttiina karhentumiselle. Säätö edellyttää jälkikäsittelyä ja prosessiikkuna on kapea. Lisäksi korkeissa lämpötiloissa titaani imee happea ja vetyä, ja tiukka suojailman valvonta on tarpeen näiden ongelmien ratkaisemiseksi.
Hitsausmenetelmä
Kovasta metalliseoksesta tai metallien välisestä yhdisteestä valmistettu pinnoite hitsataan titaanin pinnalle plasmansiirtokaaren (PTA) avulla. Laimennusnopeus on säädettävissä, sidoslujuus on korkea ja kulutuskestävyys erinomainen. Suurin etu on, että se mahdollistaa paikallisen käsittelyn ilman koko perusmateriaalin kuumennusta, jolloin vältetään mekaanisten ominaisuuksien heikkeneminen suurissa{2}}kokoisissa työkappaleissa. Haittapuolena on, että hitsauskerroksen pinta on karkea ja mittatarkkuuden saavuttamiseksi tarvitaan toissijaista työstöä. Sitä rajoittaa myös PTA-hitsauspistoolin saavutettavuus, ja sitä käytetään pääasiassa suurille litteille levyille, akseleille ja muille tavallisille työkappaleille. Monimutkaisia-muotoisia osia on vaikea käsitellä.
Höyrypinnoitusmenetelmä (CVD/PVD/PCVD)
Fysikaalinen höyrypinnoitus (PVD), kemiallinen höyrypinnoitus (CVD) ja plasma{0}}tehostettu kemiallinen höyrypinnoitus (PCVD) ovat joukko teknologioita, jotka ovat kehittyneet nopeasti viime vuosina. Niitä voidaan käyttää kovien pinnoitteiden, kuten TiN, TiAlN ja DLC, valmistukseen titaanin pinnalle, joiden paksuus on tyypillisesti 2-10 μm. Kovuus voi olla 2000-4000 HV, ja kitkakerroin pienenee merkittävästi. Niitä sovelletaan yleisestititaaniset kohdemateriaalit. Märkäpinnoitukseen verrattuna kaasu-faasipinnoituspinnoitteiden tarttuvuus on parempi (etenkin bias-jännitteen avulla) ja prosessin lämpötila laskee asteittain - PVD voidaan ohjata alle 400 asteen, mikä vaikuttaa vain vähän titaaniseosalustan mikrorakenteeseen ja sopii tarkkuusosien loppukäsittelyyn.
When comparing the three types of coatings, CVD coatings are dense and have good over-coating performance, but they require high temperatures (>800 astetta) ja ovat alttiita tuottamaan haitallisia sivutuotteita; PVD-pinnoitteilla on alhainen jännitys ja kohtalainen lämpötila, mutta niiden yli-pinnoituskyky on huono, ja monimutkaisia sisäreikien pintoja on vaikea peittää tasaisesti; PCVD yhdistää plasmaaktivoinnin ja kemiallisen höyrysaostuksen, ja se voi kerrostaa pinnoitteita, joiden sidoslujuus on parempi kuin PVD 500-600 asteessa, ja sillä on parempi päällystyskyky kuin PVD:ssä. Se on tällä hetkellä johtava suunta titaaniseosten pintavahvistuksessa, ja laiteinvestointi ja prosessinhallintavaikeus ovat myös korkeimmat kolmesta.
Tekniset valintaehdotukset:
Kustannusprioriteettia ja löysää mittatarkkuutta omaaville osille voidaan antaa etusija märkäkromaus tai Ni{0}P-kemiallinen pinnoitus.
Raskaassa{0}}kuormituksessa ja suurissa kosketusjännitysolosuhteissa suositellaan lämpödiffuusiomenetelmää tai kovapintaista menetelmää paksun diffuusiokerroksen saamiseksi.
PVD/TiN-pinnoite on kypsä ratkaisu tarkkuusosille, joissa on tiukat mittatoleranssit ja alhainen käyttölämpötila.
PCVD-tekniikalla on suurin potentiaali{0}}laadukkaissa sovelluksissa, joissa otetaan huomioon tarttuvuus, tartuntaominaisuudet ja mikrorakenteen hallinta (kuten lentokoneiden moottoreiden komponentit).
Baoji Yibaite New Materials Technology Co., Ltd.
paras titaanituotteiden valmistaja ja toimittaja