Care sunt metodele de tratare a suprafeței pentru aliajele de titan?
Aliajele de titan sunt utilizate pe scară largă în aviație, industria chimică și domeniile biomedicale. Cu toate acestea, duritatea lor scăzută și nefericitul dușman al uzurii și proprietăților de diminuare a contactului le limitează aplicațiile. Utilizarea inovației de reglare a suprafeței pentru a lucra asupra proprietăților la nivel superficial ale aliajului de titan a atras multă atenție. Tratamentul chimic sau oxidarea chimică este de obicei cea mai comună metodă de creștere a forței de lipire dintre substrat și stratul de acoperire și a rezistenței suprafeței la coroziune. Cu toate acestea, pelicula de oxid obținută prin oxidare chimică este subțire și are o rezistență și durabilitate slabe la coroziune. Placarea chimică și galvanizarea pe titan sunt dificile din cauza filmului de oxid de pe suprafața sa. În schimb, tratamentul de oxidare cu micro-arc este în general privit ca cea mai promițătoare metodă de tratare a suprafețelor din aliaj de titan în acest moment.
În general, titanul și aliajele de titan au o rezistență la uzură mai slabă decât aliajele biologice utilizate în mod obișnuit, aliajul CoCr și oțelul inoxidabil 316L, iar pulberea de uzură produsă poate avea efecte adverse asupra corpului biologic. Prin urmare, unele aliaje de titan nou dezvoltate pentru uz biologic necesită adesea un tratament adecvat de suprafață pentru a le îmbunătăți rezistența la uzură înainte de a fi utilizate in vivo. Pentru a îmbunătăți și mai mult rezistența la coroziune, rezistența la uzură, rezistența la frecare, rezistența la oxidare la temperaturi ridicate etc. a aliajelor de titan, tratarea suprafeței aliajelor de titan este o modalitate eficientă de a extinde în continuare domeniul de aplicare a aliajelor de titan. Se poate spune că utilizarea curentă a metalelor Aproape toate metodele de tratare a suprafeței au fost aplicate la tratarea suprafeței aliajelor de titan, inclusiv placarea metalelor, placarea chimică, difuzia termică, anodizarea, pulverizarea termică, tehnologia ionilor de joasă presiune, electronice. și alierea suprafeței cu laser și acoperirea prin pulverizare cu magnetron neechilibrat. , nitrurare ionică, producție de film PVD, placare cu ioni, nanotehnologie etc. Se pare că formarea straturilor de infiltrare TiO, TiN și TiC pe suprafața aliajelor de titan și tratarea de oxidare a suprafeței nanofilmelor multistrat TiAlN pentru a le îmbunătăți rezistența la uzură. sunt încă în centrul cercetării.
Depunere lichidă:Acoperire bioceramică cu depunere lichidă pe suprafața TC4. În ultimii ani, cercetările exploratorii privind pregătirea acoperirilor bioceramice pe suprafața implanturilor de matrice din aliaj de titan prin tratament chimic au fost raportate public. De exemplu, procesul de tratare alcalin în două etape propus prin utilizarea procesului de tratare cu NaOH sau H2O2 cu concentrație mare, iar unii oameni au introdus modulatori precum vinil trietoxisilan și poliacrilat de sodiu pentru a obține acoperiri bioceramice. După o pretratare simplă acido-bază, aliajul de titan TC4 este scufundat și depus într-o soluție de calcificare rapidă (FCS) care simulează fluidul corporal, pentru a obține compozite de acoperire bioceramică HA pe bază de titan, legat de gradient, cu activitate biologică bună. Studiul acestei metode are o semnificație teoretică foarte importantă și o potențială valoare economică pentru aplicarea directă a aliajelor de titan ca materiale de implant de țesut dur.
Tratament de oxidare a suprafeței:În comparație cu alte tehnologii de tratare a suprafețelor, implantarea ionică prezintă multe avantaje. În comparație cu depunerea fizică sau chimică în vapori, principalele avantaje sunt: ① Filmul este bine combinat cu substratul și are o rezistență puternică la efectele mecanice și chimice fără a se desprinde; ② Implantare Procesul nu necesită o creștere a temperaturii substratului, menținând astfel precizia geometrică a piesei de prelucrat; ③ Procesul are o repetabilitate bună etc. Mulți cercetători au raportat că implantarea ionilor de azot are un efect bun asupra îmbunătățirii compoziției suprafeței, microstructurii, durității și proprietăților tribologice ale aliajului de titan Ti6Al4V. TiC este, de asemenea, o fază superdură, astfel încât implantarea ionică a carbonului în aliajele de titan poate întări, de asemenea, suprafața aliajelor de titan. Cu toate acestea, deoarece implantarea ionică pe bază de plasmă nu este un proces continuu, atunci când este aplicat fiecare potențial de impuls negativ, pe măsură ce potențialul de impuls scade de la zero la valoarea de vale și apoi crește înapoi la zero, au loc două procese, pulverizare și implantare. Dacă plasma conține ioni de metal sau de carbon, atunci când potențialul pulsului este zero, se va forma un singur strat de depunere de carbon pe suprafață în anumite condiții. Sub o anumită tensiune de impuls (10~30kV), structura acestui singur strat de carbon va fi carbon asemănător diamantului (DLC). Ca rezultat, se poate obține un strat de modificare a suprafeței cu coeficient de frecare mai mic și rezistență la uzură mai bună decât stratul injectat cu azot. S-a determinat experimental că stratul unic de carbon de pe suprafață este un film DLC. Duritatea suprafeței aliajului de titan tratat în acest mod este mărită de 4 ori. Când același material formează o pereche de frecare, în condiții de frecare uscată, coeficientul de frecare scade de la 0,4 la 0,1, iar rezistența la uzură este de peste 30 de ori mai mare decât cea fără implantare ionică. .
Depunere îmbunătățită cu fascicul de ioni (IBED):Un film dur CrC a fost preparat utilizând metoda de depunere îmbunătățită cu fascicul de ioni (IBED), care poate fi utilizată pentru protecția la uzură prin frecare a aliajelor de titan. Cercetările arată că CrC prezintă cele mai bune caracteristici de oboseală prin fretting; iar filmul CrC acoperit după împușcare prezintă cea mai mare rezistență la uzură la frecare. Bombardament ionic: După tratarea suprafeței aliajului de titan TC11 prin bombardare cu ioni de azot, se poate obține la suprafață un strat modificat compus din TiN și Ti2N, cu o duritate de 600~800HV; creșterea durității suprafeței este favorabilă îmbunătățirii rezistenței la uzură a aliajului de titan TC11. Nitrurarea cu plasmă șipeening:Dispozitivul de alimentare cu plasmă cu impuls DC este utilizat pentru nitrurarea suprafeței aliajului de titan Ti6Al4V, iar consolidarea deformației prin granulație (SP) este utilizată pentru a post-procesa stratul de nitrurare. TiN, Ti2N și Ti2A1N sunt obținute pe suprafața aliajului de titan. Un strat nitrurat compus din faze egale, acest strat modificat poate îmbunătăți semnificativ rezistența convențională la uzură și uzură prin frecare (FW) a aliajelor de titan, dar reduce rezistența FF a materialului de bază. Proprietățile de reducere a frecării și anti-uzură ale stratului nitrurat funcționează sinergic cu stresul de compresiune rezidual de suprafață introdus de SP, făcând ca rezistența FF din aliajul de titan să depășească numai pe cea a SP. Îmbunătățirea durității stratului nitrurat este foarte importantă pentru îmbunătățirea proprietăților FF și FW
a aliajelor de titan. Membrana DLC:Membrana de carbon compozită are proprietăți fizice, mecanice și chimice unice și a fost folosită ca obiect al numeroaselor studii. Scopul principal al utilizării metodei de depunere chimică de vapori îmbunătățită cu plasmă cu frecvență radio pentru a prepara pelicule de carbon asemănătoare diamantului este de a îmbunătăți duritatea suprafeței și rezistența la frecare a aliajelor de titan. Rezultatele testului arată că, dacă conținutul de titan din film depășește 9%, duritatea filmului va scădea, iar rezistența de lipire a bazei filmului este, de asemenea, limitată.
Oxidare cu micro-arc AC:Oxidarea cu micro-arc (MAO) este o nouă tehnologie pentru creșterea filmelor ceramice de oxid pe suprafețe metalice. S-a dezvoltat din anodizare, dar a aplicat o tensiune ridicată de câteva sute de volți, depășind limitările de tensiune ale anodizării. Această tehnologie transformă direct metalul de bază în ceramică de oxid prin sinterizarea instantanee la temperatură înaltă și la presiune înaltă în zona de descărcare a micro-arcului și obține o peliculă de oxid mai groasă. Pentru filmul de oxidare cu micro-arc de pe suprafața aliajului de titan, duritatea filmului obținut este mare și este bine combinată cu matricea metalică. Îmbunătățește rezistența la uzură, rezistența la coroziune, rezistența la șoc termic și proprietățile de izolare ale suprafeței aliajului de titan și are perspective de aplicare în multe domenii.
