Quali sono i metodi di trattamento superficiale delle leghe di titanio?

le leghe di titanio sono ampiamente utilizzate nell'aviazione, nell'industria chimica e nei campi biomedici. Tuttavia, la loro bassa durezza e le loro proprietà di riduzione dell'usura e del contatto ne limitano le applicazioni. l'utilizzo dell'innovazione della regolazione superficiale per lavorare sulle proprietà a livello superficiale della lega di titanio ha attirato molta considerazione. Il trattamento chimico o l'ossidazione chimica è solitamente il metodo più comune per aumentare la forza di adesione tra il substrato e lo strato di rivestimento e la resistenza della superficie alla corrosione. Ciononostante, tuttavia, il film di ossido ottenuto mediante ossidazione chimica è sottile e presenta scarsa resistenza alla corrosione e durabilità. La placcatura chimica e l'elettroplaccatura sul titanio sono difficili a causa della pellicola di ossido sulla sua superficie. Al contrario, il trattamento di ossidazione tramite microarco è generalmente considerato il metodo di trattamento superficiale delle leghe di titanio più promettente al momento.

In generale, il titanio e le leghe di titanio hanno una resistenza all'usura inferiore rispetto alle leghe biologiche comunemente utilizzate, alla lega CoCr e all'acciaio inossidabile 316L, e la polvere di usura prodotta può avere effetti negativi sul corpo biologico. Pertanto, alcune leghe di titanio di nuova concezione per uso biologico spesso richiedono un trattamento superficiale appropriato per migliorare la loro resistenza all’usura prima di essere utilizzate in vivo. Al fine di migliorare ulteriormente la resistenza alla corrosione, all'usura, allo sfregamento, alla resistenza all'ossidazione ad alta temperatura, ecc. delle leghe di titanio, il trattamento superficiale delle leghe di titanio è un modo efficace per espandere ulteriormente l'ambito di utilizzo delle leghe di titanio. Si può dire che l'uso attuale dei metalli Quasi tutti i metodi di trattamento superficiale sono stati applicati al trattamento superficiale delle leghe di titanio, tra cui placcatura metallica, placcatura chimica, diffusione termica, anodizzazione, spruzzatura termica, tecnologia ionica a bassa pressione, elettronica e lega superficiale del laser e rivestimento sputtering di magnetron non in equilibrio. , nitrurazione ionica, produzione di film PVD, placcatura ionica, nanotecnologie, ecc. Sembra che la formazione di rivestimenti di infiltrazione di TiO, TiN e TiC sulla superficie delle leghe di titanio e il trattamento di ossidazione superficiale dei nanofilm multistrato di TiAlN migliorino la loro resistenza all'usura superficiale sono ancora al centro della ricerca.

Deposizione liquida:Rivestimento bioceramico a deposizione liquida sulla superficie TC4. Negli ultimi anni sono state rese pubbliche ricerche esplorative sulla preparazione di rivestimenti bioceramici sulla superficie di impianti con matrice in lega di titanio attraverso un trattamento chimico. Ad esempio, il processo di trattamento alcalino in due fasi proposto utilizzando il processo di trattamento NaOH o H2O2 ad alta concentrazione e alcune persone hanno introdotto modulatori come vinil trietossisilano e poliacrilato di sodio per ottenere rivestimenti bioceramici. Dopo un semplice pretrattamento acido-base, la lega di titanio TC4 viene immersa e depositata in una soluzione di calcificazione rapida (FCS) che simula il fluido corporeo, al fine di ottenere compositi di rivestimento bioceramico HA a base di titanio legati con gradiente con buona attività biologica. Lo studio di questo metodo ha un significato teorico molto importante e un potenziale valore economico per l'applicazione diretta delle leghe di titanio come materiali per impianti di tessuti duri.

Trattamento di ossidazione superficiale:Rispetto ad altre tecnologie di trattamento superficiale, l’impianto ionico presenta numerosi vantaggi. Rispetto alla deposizione di vapore fisica o chimica, i principali vantaggi sono: ① Il film è ben combinato con il substrato e ha una forte resistenza agli effetti meccanici e chimici senza staccarsi; ② Impianto Il processo non richiede un aumento della temperatura del substrato, mantenendo così la precisione geometrica del pezzo; ③ Il processo ha una buona ripetibilità, ecc. Molti ricercatori hanno riferito che l'impianto di ioni di azoto ha un buon effetto sul miglioramento della composizione superficiale, della microstruttura, della durezza e delle proprietà tribologiche della lega di titanio Ti6Al4V. Il TiC è anche una fase superdura, quindi l'impianto ionico del carbonio nelle leghe di titanio può anche rinforzare la superficie delle leghe di titanio. Tuttavia, poiché l'impianto ionico basato sul plasma non è un processo continuo, quando viene applicato ciascun potenziale di impulso negativo, quando il potenziale di impulso scende da zero al valore Valley e quindi risale a zero, si verificano due processi, sputtering e impianto. Se il plasma contiene ioni metallici o di carbonio, quando il potenziale dell'impulso è pari a zero, in determinate condizioni si formerà sulla superficie un singolo strato di deposizione di carbonio. Sotto una certa tensione di impulso (10~30kV), la struttura di questo singolo strato di carbonio sarà carbonio simile al diamante (DLC). Di conseguenza, è possibile ottenere uno strato di modifica superficiale con coefficiente di attrito inferiore e migliore resistenza all'usura rispetto allo strato iniettato di azoto. Il singolo strato di carbonio sulla superficie è stato determinato sperimentalmente come una pellicola DLC. La durezza superficiale della lega di titanio così trattata risulta aumentata di 4 volte. Quando lo stesso materiale forma una coppia di attrito, in condizioni di attrito a secco, il coefficiente di attrito scende da 0,4 a 0,1 e la resistenza all'usura è più di 30 volte superiore a quella senza impiantazione ionica. .

Deposizione potenziata da fascio ionico (IBED):È stata preparata una pellicola dura di CrC utilizzando il metodo IBED (ion beam Enhanced Deposition), che può essere utilizzato per la protezione dall'usura da sfregamento delle leghe di titanio. La ricerca mostra che il CrC mostra le migliori caratteristiche di fatica da sfregamento; e il film CrC rivestito dopo la pallinatura mostra la massima resistenza all'usura da sfregamento. Bombardamento ionico: dopo il trattamento superficiale della lega di titanio TC11 mediante bombardamento con ioni di azoto, sulla superficie è possibile ottenere uno strato modificato composto da TiN e Ti2N, con una durezza di 600~800HV; l'aumento della durezza superficiale contribuisce a migliorare la resistenza all'usura della lega di titanio TC11. Nitrurazione al plasma epallinatura:Il dispositivo di alimentazione al plasma a impulsi CC viene utilizzato per nitrurare la superficie della lega di titanio Ti6Al4V e il rafforzamento della deformazione mediante pallinatura (SP) viene utilizzato per post-elaborare lo strato di nitrurazione. TiN, Ti2N e Ti2A1N si ottengono sulla superficie della lega di titanio. Uno strato nitrurato composto da fasi uguali, questo strato modificato può migliorare significativamente la resistenza convenzionale all'usura e all'usura da sfregamento (FW) delle leghe di titanio, ma riduce la resistenza FF del materiale di base. Le proprietà di riduzione dell'attrito e antiusura dello strato nitrurato lavorano in sinergia con lo stress di compressione residuo superficiale introdotto da SP, facendo sì che la resistenza della lega di titanio FF superi quella del solo SP. Migliorare la tenacità dello strato nitrurato è molto importante per migliorare le proprietà FF e FW

delle leghe di titanio. Membrana DLC:La membrana composita di carbonio ha proprietà fisiche, meccaniche e chimiche uniche ed è stata utilizzata come oggetto di numerosi studi. Lo scopo principale dell'utilizzo del metodo di deposizione chimica in fase vapore potenziato dal plasma a radiofrequenza per preparare pellicole di carbonio simili al diamante è quello di migliorare la durezza superficiale e la resistenza all'attrito delle leghe di titanio. I risultati del test mostrano che se il contenuto di titanio nella pellicola supera il 9%, la durezza della pellicola diminuirà e anche la forza di adesione della base della pellicola sarà limitata.

Ossidazione microarco AC:L'ossidazione microarco (MAO) è una nuova tecnologia per la crescita di film ceramici di ossido su superfici metalliche. Si è sviluppato dall'anodizzazione, ma ha applicato un'alta tensione di diverse centinaia di volt, superando i limiti di tensione dell'anodizzazione. Questa tecnologia trasforma direttamente il metallo di base in ossido ceramico attraverso la sinterizzazione istantanea ad alta temperatura e alta pressione nella zona di scarica del microarco e ottiene una pellicola di ossido più spessa. Per il film di ossidazione a microarco sulla superficie della lega di titanio, la durezza del film ottenuto è elevata e ben combinata con la matrice metallica. Migliora la resistenza all'usura, la resistenza alla corrosione, la resistenza allo shock termico e le proprietà di isolamento della superficie della lega di titanio e ha prospettive di applicazione in molti campi.