Основната технология за повърхностна модификация на титанови сплави: вакуумно покритие на титанови сплави

Вакуумно покритие от титанова сплаве основна технология за повърхностна модификация на титанови сплави. Основната му цел е да компенсира локалните недостатъци на титановите сплави (като устойчивост на износване, устойчивост на корозия, устойчивост на високо-температурно окисляване и намаляване на триенето), като същевременно запазва присъщите им предимства на висока якост и леко тегло. Той се използва широко в-сфери от висок клас като космическата, медицинската, прецизните машини и автомобилната промишленост.

Основни предпоставки за вакуумно покритие от титаниева сплав (Първо, изяснете съвместимостта)

• Characteristics of titanium alloy substrate: The surface easily forms a natural, dense TiO₂ passivation film (thickness 5-10nm), which provides good corrosion resistance. However, it has low hardness (pure titanium HV150-200, TC4 titanium alloy HV300-350), poor wear resistance, and is prone to oxidation and peeling at high temperatures (>400 градуса). Вакуумното покритие изисква преодоляване на пасивиращия филм, за да се осигури силна адхезия между филма и субстрата.
• Изисквания за покритие на сърцевината: ① Адхезия По-голяма или равна на 50N (тест за надраскване/тест за опън); ② Плътен филм без{1}}пори; ③ Съвместим с издръжливостта на субстрата от титанова сплав, предотвратявайки крехко напукване; ④ Не засяга механичните свойства на самия субстрат.
• Основни предимства: Покритието във вакуумна среда (степен на вакуум 10⁻³~10⁻⁶Pa) не гарантира окисление или замърсяване с примеси, което води до добра еднородност на филма и контролируема дебелина (0,5-50μm). Подходящ е за детайли от титаниева сплав със сложна форма (като титанови пръти, остриета от титанова сплав и медицински импланти).

Процес: Магнетронно разпрашващо покритие (най-разпространеният метод, подходящ за приложения със средна и ниска температура, висока-прецизност)

1. Основен принцип
Във високо{0}}вакуумна камера електроните се ограничават от магнитно поле, за да бомбардират целевия материал (метална/керамична мишена), което кара целевите атоми/йони да се отделят и отлагат върху повърхността на субстрата от титанова сплав, образувайки плътен филмов слой. Този процес попада в категорията на физическо отлагане на пари (PVD).

2. Специален процес на сърцевина за титанови сплави (Ключът е в предварителната -обработка на субстрата, която определя силата на свързване)
Предварителна -обработка на основата (основна стъпка, представлява 70% от качеството на покритието)
Грубо почистване: Ултразвуково почистване (ацетон + спирт) за отстраняване на масло и прах, последвано от изсушаване;
Отстраняване на пасивиращ филм: ецване с аргонов йон (степен на вакуум 10⁻³Pa, налягане на аргон 0,5-1Pa, напрежение на отклонение -100~-300V, време 15-30 минути) за разрушаване на TiO₂ филма, излагане на свежа титаниева повърхност и едновременно грапавост на повърхностния слой (грапавост Ra 0,1-0,3μm) за подобряване на механичното блокиране;
Предварително загряване: Предварително загряване на субстрата от титанова сплав до 150-300 градуса, за да се намали напрежението на температурната разлика между филма и субстрата и да се предотврати напукването на филма.
Процес на нанасяне на покритие (Две стъпки: първо основен слой, след това нанасяне)
Основен слой: Първо се отлага преходен слой (Ti слой или Cr слой, дебелина 0,1-0,5 μm), за да се елиминира несъответствието на решетката между титановата сплав и функционалния филм и да се подобри здравината на свързване. Параметри: целеви ток 2-5A, преднапрежение -50~-100V, време 5-10min;
Отлагане на функционален слой: Изберете целевия материал според изискванията, контролирайте дебелината на филма. Основни параметри: степен на вакуум 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, дебит на аргон 20-50 sccm, целеви ток 3-8A, напрежение на отклонение -30~-80V, температура на отлагане По-малка или равна на 400 градуса (за да се избегне отгряване и омекване на титановата сплав).
До-обработка: Естествено охлаждане до стайна температура след изваждане от пещта. Високите-части могат да преминат през-нискотемпературно отгряване (150-200 градуса × 1 час), за да се елиминира вътрешното напрежение във филма.

Типични сценарии за приложение на вакуумно покритие от титанова сплав (съответен избор на процес)

1. Аерокосмическа област: остриета от титаниева сплав, конектори → йонно азотиране + много-дъгово покритие TiAlN; Прецизни валове от титаниева сплав → TiCN покритие с магнетронно разпръскване;
2. Област на медицината: стави от титанова сплав, костни винтове → DLC покритие с магнетронно разпръскване (биосъвместимо); Импланти от титанова сплав → Вакуумно дъгово йонно покритие (не-токсично);
3. Област на прецизни машини: инструменти от титанови сплави, форми → TiN/TiCN магнетронно разпръскване; Плъзгачи от титанова сплав → DLC покритие;
4. Област на морското инженерство: крепежни елементи от титанова сплав, тръби → CrN магнетронно разпръскване (устойчивост на корозия от солен спрей);
5. Декоративно поле: Бижута от титаниева сплав → Покритие с вакуумно изпаряване Au/TiN (ярко оцветяване).