Kokie paviršiaus apdorojimo metodai yra titano ir titano lydinių metodai
Titano ir titano lydiniai dėl didelio specifinio stiprumo, puikaus atsparumo korozijai ir biologiniam suderinamumui tapo pagrindinėmis medžiagomis aviacijos ir kosmoso, medicinos implantų, jūrų inžinerijos ir kitų sričių. Tačiau jų paviršiaus savybių apribojimai yra nepakankami atsparumas nusidėvėjimui, oksidacija aukštai temperatūroje ir geresnio biologinio aktyvumo poreikis suvaržė jų plėtrą į kitas pritaikymus. Paviršiaus apdorojimo technologijos leidžia tiksliai valdyti medžiagos paviršiaus fizines ir chemines savybes, leidžiančias pritaikyti.
Mechaninis stiprinimas: paviršiaus topografijos ir mechaninių savybių pertvarkymas
Mechaninis apdorojimas, kuris fiziškai keičia paviršiaus mikrostruktūrą, yra pagrindinis procesas, skirtas padidinti titano lydinių atsparumą dilimui ir pagerinti dangos sukibimą.
Smėlio pūtimas ir poliravimas:Naudojant aukšto slėgio oro srautą, nešiojantį abrazyvus, tokius kaip aliuminio oksidas ir stiklo karoliukai, kad paveiktų paviršių, sukuriant vienodą šiurkštumą (RA vertė 0,5–5 μm), kuri pašalina mastelį ir padidina paskesnių dangų mechaninį sukibimą. Tikslioms dalims šlapias smėlio pūtimas (su aušinimo skysčiu) gali užkirsti kelią perkaisti ir oksiduoti. Audinių ratų poliravimas kartu su cerio oksido abrazyvine pasta gali sumažinti paviršiaus šiurkštumą iki RA mažesnio arba lygaus 0,2 μm, tenkinant medicininių implantų veidrodinius apdailos reikalavimus.
Nušauti peening:Didelio greičio šūvis daro įtaką paviršiui, įvedant liekamąjį gniuždomojo įtempio sluoksnį (iki 0,5 mm gylio), žymiai pagerindamas atsparumą nuovargiui. Tyrimai parodė, kad šūviai gali padidinti TC4 titano lydinio nuovargį daugiau nei tris kartus, todėl jis yra ypač tinkamas didelio streso komponentams, tokiems kaip orlaivio variklio ašmenys.
Cheminė modifikacija: Funkcionalizuoto paviršiaus sluoksnio sukūrimas
Cheminis apdorojimas, atliekant tikslinę reakciją tarp paviršiaus ir reagento, sudaro apsauginę oksido plėvelę arba bioaktyvią datą - pagrindinė technologija, skirta pagerinti atsparumą korozijai ir biologiškai suderinamumui.
Marinavimas ir pasyvumas:Mišrus HF-HNO₃ rūgšties tirpalas tuo pat metu ištirpina oksido sluoksnį (TiO₂) ir metalines priemaišas, sudarydamas tankią pasyvos plėvelę ant paviršiaus. Kontroliuojant marinavimo laiką (1–5 minutes) ir temperatūra (kambario temperatūra iki 50 laipsnių), gali išvengti vandenilio įsiskverbimo rizikos, kurią sukelia per didelė korozija.
Šarminis terminas:Titano lydinys yra panardintas į didelės koncentracijos NaOH tirpalą (5-10 m), kad būtų sudarytas nanoskalės hidroksiapatito (HA) pirmtakas ant paviršiaus, kuris vėliau paverčiamas biokeramine danga per hidroterminę reakciją. Ši danga gali sukelti kaulų ląstelių sukibimą, padidindama jungties stiprumą tarp implanto ir kaulų audinio daugiau nei 2 kartus.
Cheminės konversijos danga:Per procesus, tokius kaip fosfizacija ir chromavimas, paviršiuje susidaro 0,1–5 μm storio konversijos danga. Ši danga veikia kaip tepimo danga, siekiant sumažinti sukibimą piešimo proceso metu ir apsaugoti nuo chlorido jonų korozijos, prailgindama jūrinės įrangos tarnavimo laiką.
Elektrocheminis valdymas: oksido plėvelės struktūros ir funkcijos pritaikymas
Elektrocheminis apdorojimas tiksliai kontroliuoja paviršiaus oksido plėvelės storis, morfologiją ir sudėties kontroliuodamas elektrolizės parametrus, pasiekdamas sinergetinį atsparumo korozijai, atsparumą dilimui ir estetikai.
Anodinė oksidacija:Sieros rūgšties, oksalo rūgšties ar fosforo rūgšties elektrolite titano titano veikimas yra anodas, o srovė yra naudojama, kad paviršiuje būtų suformuota porėta Tio₂ plėvele. Pakoreguojant įtampą (10–120 V) ir laiką, gali būti kontroliuojamas plėvelės storis (0,01–0,15 μm) ir porų dydis (10–100 nm), leidžiantis pritaikyti spalvas (pvz., 15 V tamsiai auksui, 30 V ryškiai mėlynai). Ši technologija plačiai naudojama titano lydinio papuošaluose, architektūrinėje dekoravime ir kitose laukuose.
Mikro lankų oksidacija (MAO):This technology overcomes the voltage limitations of traditional anodizing (>200V) by utilizing the transient high temperatures (>3000 laipsnių) mikro lanko išleidimo į in situ, ant paviršiaus užauginkite keraminę plėvelę (5-200 μm storio). Pridedant priedų, tokių kaip kalio permanganatas, gali būti pagamintos kompozicinės dangos, turinčios atsparumą korozijai ir antibakterinėms savybėms, tenkinančias specializuotų programų, tokių kaip medicinos kateteriai, poreikius.
Elektroplinimas ir elektros energijos danga:Metalo plėvelės, tokios kaip nikelis, vario ir chromo ant titano paviršių, nusodinimas gali žymiai pagerinti atsparumą dilimui ir laidumui. Pvz., Nano-Pure nikelio padengimas gali padidinti TC4 titano lydinio kietumą nuo 300HV iki 600HV, o daugiau nei penkis kartus padidėja atsparumas dilimui. Norint išspręsti oksido plėvelių trikdžius titano paviršiuje, naudojant elektroplina, gali būti naudojamas hidrofluoro rūgšties išankstinis apdorojimas ar elektrinio impulsų aktyvacija.
Fizinis nusėdimas: ypač sunkių apsauginių sluoksnių statyba
Fizinio garų nusėdimas (PVD) ir cheminio garų nusėdimo (CVD) technologijos gali nusodinti ypač kietas dangas, tokias kaip deimantas, titano karbidas ir deimantų panaši anglies (DLC) ant titano paviršių, žymiai pagerinant susidėvėjimą ir atsparumą korozijai.
PVD:Naudojant magnetrono dulkinimo ar lanko jonų dengimo, skardos, TICN arba CRN dangos, kurių storis 1–5 μm, yra dedami ant titano paviršių. Alavo dangos yra auksinės spalvos ir jos kietumas yra 2000–2500 HV, todėl jos yra plačiai naudojamos titano lydinio įrankiuose ir formose. DLC dangų žemas trinties koeficientas yra 0,05–0,1, todėl sumažėja sukibimas tarp chirurginių instrumentų ir audinių.
CVD: Decomposing gaseous precursors (such as CH₄ and TiCl₄) at high temperatures, diamond or titanium carbide coatings are formed on titanium surfaces. This technology offers high deposition rates (up to 10μm/h), but requires strict temperature control (>800 laipsnių), kad būtų išvengta substrato savybių skilimo.
Energijos spindulio modifikavimas: tradicinių procesų ribų pažeidimas
Lazerio ir elektronų pluošto technologijos, naudojant didelio energijos tankio įvestį, leidžia tiksliai valdyti paviršiaus savybes ir funkcinį dizainą.
Lazerio paviršiaus apdorojimas:Tai apima lazerinį apvalkalą, lazeriu legiavimą ir lazerinį gesinimą. Pvz., Apduoę cocrw-wc mišrius miltelius ant titano paviršiaus, kompozicinė danga gali susidaryti iki 1200 HV kietumo, pagerindamas atsparumą dilimui aštuonis kartus didesnę nei substrato. Kita vertus, lazeriu gesinimas sukuria smulkią martensito sluoksnį ant paviršiaus greitai kaitinant (10⁵-10⁶ laipsnis /s) ir savarankiškai aušinamas, padidindamas kietumą daugiau nei 30%.
Elektronų pluošto paviršiaus apdorojimas: Using a high-energy electron beam to bombard the surface, melting and rapid solidification (cooling rates >Pasiekiamas 10⁶ laipsnis /s), sukuriant amorfinę ar nanokristalinę struktūrą. Ši technologija gali žymiai pagerinti titano lydinių atsparumą korozijai ir nuovargio atsparumui, todėl jis yra ypač tinkamas naudoti ekstremaliose aplinkose, tokiose kaip branduolinio reaktoriaus slėgio indai.
Tobulinant išmaniųjų gamybos ir anglies neutralumo tikslus, titano ir titano lydinio paviršiaus apdorojimo technologijos vystosi „tikslaus pritaikymo“ ir „tvarios gamybos“ link. Viena vertus, AI algoritmai gali numatyti optimalius paviršiaus našumo reikalavimus, pagrįstus proceso duomenimis, optimizuojant proceso parametrus. Kita vertus, žaliosios technologijos, tokios kaip sausas smėlio pūtimas, gydymas žemoje temperatūroje ir miltelių perdirbimo sistemos, žymiai sumažins energijos suvartojimą ir išmetimą atliekose. Prognozuojama, kad paviršiaus apdorojimo technologija taps pagrindiniu titano lydinių varikliu, kad per veikimo ribas būtų galima peržengti giluminio erdvės tyrinėjimo, giliavandenių įrangos, bioelektronikos ir kitų laukų ribas.
