Titaanisulamite pinna modifitseerimise põhitehnoloogia: titaanisulamite vaakumkatmine

Titaanisulamist vaakumkateon titaanisulamite pinna modifitseerimise põhitehnoloogia. Selle põhieesmärk on kompenseerida titaanisulamite kohalikke puudusi (nagu kulumiskindlus, korrosioonikindlus, kõrge -temperatuuri oksüdatsioonikindlus ja hõõrdumise vähendamine), säilitades samal ajal nende suure tugevuse ja kerge kaalu. Seda kasutatakse laialdaselt tipptasemel-valdkondades, nagu lennundus, meditsiin, täppismasinate tööstus ja autotööstus.

Titaanisulamist vaakumkatte peamised eeltingimused (esmalt tehke kindlaks ühilduvus)

• 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 kraadi). Vaakumkatmine nõuab passiveerimiskile ületamist, et tagada kile ja aluspinna vaheline tugev nake.
• Südamiku katmise nõuded: ① Haardumine 50N või suurem (kriimustuskatse/tõmbekatse); ② tihe ja pooride-vaba kile; ③ Ühildub titaanisulamist substraadi vastupidavusega, vältides rabedat pragunemist; ④ Ei mõjuta aluspinna enda mehaanilisi omadusi.
• Peamised eelised: katmine vaakumkeskkonnas (vaakumaste 10⁻³~10⁻⁶Pa) ei taga oksüdeerumist ega saastumist lisanditega, mille tulemuseks on hea kile ühtlus ja kontrollitav paksus (0,5{4}}50 μm). See sobib keeruka kujuga titaanisulamist toorikutele (nt titaanvardad, titaanisulamist terad ja meditsiinilised implantaadid).

Protsess: Magnetroni pihustuskatmine (kõige levinum meetod, sobib keskmise ja madala temperatuuriga, suure täpsusega{0}}rakendustele)

1. Põhiprintsiip
Kõrgvaakumkambris piiratakse elektronid magnetväljaga, et pommitada sihtmaterjali (metall/keraamiline sihtmärk), mille tulemusel sihtmärgi aatomid/ioonid eralduvad ja sadestuvad titaanisulamist substraadi pinnale, moodustades tiheda kilekihi. See protsess kuulub füüsikalise aurustamise-sadestamise (PVD) kategooriasse.

2. Spetsiaalne põhiprotsess titaanisulamitele (võti seisneb substraadi eeltöötluses, mis määrab sideme tugevuse)
Substraadi eeltöötlus{0}} (tuuma etapp, moodustab 70% katte kvaliteedist)
Kare puhastamine: Ultrahelipuhastus (atsetoon + alkohol) õli ja tolmu eemaldamiseks, millele järgneb kuivatamine;
Passiveerimiskile eemaldamine: Argooni ioonide söövitamine (vaakum aste 10-3 Pa, argooni rõhk 0,5-1 Pa, eelpinge -100-300 V, aeg 15-30 min), et purustada TiO₂ kile, paljastada värske titaanpind ja samaaegselt karestada pinnakiht Ra3μ (1-m) karedust. blokeerimine;
Eelsoojendus: titaanisulamist substraadi eelkuumutamine temperatuurini 150-300 kraadi, et vähendada temperatuuri erinevust kile ja aluspinna vahel ning vältida kile pragunemist.
Katmisprotsess (kaks etappi: kõigepealt aluskiht, seejärel sadestamine)
Aluskiht: Esiteks sadestatakse üleminekukiht (Ti-kiht või Cr-kiht, paksus 0,1–0,5 μm), et kõrvaldada võre mittevastavus titaanisulami ja funktsionaalse kile vahel ning parandada sidumistugevust. Parameetrid: sihtvool 2-5A, eelpinge -50~-100V, aeg 5-10min;
Funktsionaalne kihi sadestamine: valige sihtmaterjal vastavalt nõuetele, kontrollige kile paksust. Põhiparameetrid: vaakumi aste 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, argooni voolukiirus 20-50sccm, sihtvool 3-8A, eelpinge -30~-80V, sadestamistemperatuur 400 kraadi või alla selle (et vältida titaani allooni lõõmutamist ja pehmenemist).
Järel{0}}töötlus: loomulik jahutamine toatemperatuurini pärast ahjust eemaldamist. Kvaliteetsed osad võivad läbida madalal temperatuuril lõõmutamise (150–200 kraadi × 1 h), et kõrvaldada kile sisemine pinge.

Titaanisulamist vaakumkatte tüüpilised kasutusstsenaariumid (vastav protsessi valik)

1. Lennundusvaldkond: titaanisulamist labad, pistikud → ioonnitrid + TiAlN multi{1}}kaarkate; Titaanisulamist täppisvõllid → Magnetroniga pihustatav TiCN-kate;
2. Meditsiinivaldkond: titaanisulamist liigendid, luukruvid → Magnetron pihustus DLC-kate (bioühilduv); Titaanisulamist implantaadid → vaakum-ioonplaat (mitte-toksiline);
3. Täppismasinate valdkond: titaanisulamist tööriistad, vormid → TiN/TiCN magnetroni pihustamine; Titaanisulamist liugurid → DLC-kate;
4. Meretehnika valdkond: titaanisulamist kinnitusdetailid, torud → CrN magnetroni pihustamine (soolapihustus korrosioonikindlus);
5. Dekoratiivväli: titaanisulamist ehted → vaakumaurustusplaat Au/TiN (särav värvus).