Хотя титановые сплавы обладают высокой прочностью и отличной коррозионной стойкостью, их низкая износостойкость является основным недостатком их применения в технике. В настоящее время развитыми технологиями обработки поверхности в промышленной сфере являются в основном следующие типы, каждый из которых имеет свои преимущества и недостатки.
Мокрый метод покрытия
Покрытие в основном состоит из сплавов Cr и Ni-P. Натитановые стержнии проводов, из-за плотной пассивирующей пленки на поверхности титана, прямое хромирование имеет плохую адгезию. В промышленности принято сначала химически осаждать Ni или предварительно-осаждать слой Ni на титановую подложку, а затем наносить гальваническое покрытие хромом. Электролитический метод формирует пленку быстро, с толщиной покрытия в несколько микрометров, а толщина декоративного покрытия составляет всего около 1 мкм, что позволяет удовлетворить общие требования к износостойкости и декоративности. В настоящее время это один из наиболее экономичных-эффективных методов обработки поверхности. Однако и здесь есть недостатки. Покрытие механически соединено с подложкой. Он склонен к отслаиванию при ударах и тяжелых нагрузках. Кроме того, процесс гальваники предполагает очистку сточных вод,-содержащих хром, что оказывает значительное воздействие на окружающую среду..
Метод термодиффузии
Опираясь на зрелые процессы цементации, азотирования и борирования стальных материалов, межузельные атомы диффундируют во внутреннюю часть титановой матрицы при высоких температурах, образуя закаленный слой. Этот метод позволяет получать диффузионные слои толщиной от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров с плавным градиентом твердости и прочной связью с основным материалом, что делает его пригодным для применений, подверженных контактным напряжениям. Однако температура обработки обычно превышает 800 градусов, и структура титанового сплава склонна к укрупнению. Для регулирования необходима последующая термообработка, а технологическое окно узкое. Более того, при высоких температурах титан поглощает кислород и водород, и для решения этих проблем необходим строгий контроль защитной атмосферы.
Метод сварки
Покрытие из твердого сплава или интерметаллического соединения приваривается к поверхности титана с помощью плазменной дуги (ПТА). Скорость разбавления можно контролировать, прочность сцепления высокая, износостойкость отличная. Основное преимущество состоит в том, что он позволяет проводить локальную обработку без нагрева всего основного материала, что позволяет избежать ухудшения механических свойств заготовок больших-размеров. Недостатком является то, что поверхность наплавленного слоя шероховатая, и для достижения точности размеров требуется вторичная механическая обработка. Он также ограничен доступностью сварочного пистолета PTA и в основном используется для больших плоских пластин, валов и других обычных заготовок. Трудно обрабатывать детали сложной-формы.
Метод осаждения из паровой фазы (CVD/PVD/PCVD)
Физическое осаждение из паровой фазы (PVD), химическое осаждение из паровой фазы (CVD) и химическое осаждение из паровой фазы с-плазменным усилением (PCVD) — это группа технологий, которые быстро развиваются в последние годы. Их можно использовать для приготовления твердых покрытий, таких как TiN, TiAlN и DLC, на поверхности титана, толщина которых обычно составляет от 2 до 10 мкм. Твердость может достигать 2000–4000 HV, а коэффициент трения значительно снижается. Они обычно применяются ктитановые мишенные материалы. По сравнению с мокрым покрытием, адгезия покрытий, нанесенных газофазным-осаждением, лучше (особенно с помощью напряжения смещения), а температура процесса постепенно снижается - PVD можно контролировать ниже 400 градусов, что оказывает незначительное влияние на микроструктуру подложки из титанового сплава и подходит для окончательной обработки прецизионных деталей.
When comparing the three types of coatings, CVD coatings are dense and have good over-coating performance, but they require high temperatures (>800 градусов) и склонны к образованию вредных побочных продуктов-; Покрытия PVD выдерживают низкую нагрузку и умеренную температуру, но эффективность их -покрытия низкая, и трудно равномерно покрыть сложные внутренние поверхности отверстий; PCVD сочетает в себе плазменную активацию и химическое осаждение из паровой фазы и может наносить покрытия с лучшей прочностью сцепления, чем PVD, при температуре 500-600 градусов, а также имеет лучшие характеристики перекрытия, чем PVD. В настоящее время это ведущее направление поверхностного упрочнения титановых сплавов, а инвестиции в оборудование и сложность управления процессом также являются самыми высокими среди трех.
Рекомендации по техническому выбору:
Для деталей с приоритетом стоимости и низкой точностью размеров приоритет может быть отдан мокрому хромированию или химическому покрытию Ni-P.
В условиях больших-нагрузок и высоких контактных напряжений рекомендуется использовать метод термодиффузии или метод наплавки для получения толстого диффузионного слоя.
Для прецизионных деталей со строгими размерными допусками и низкой рабочей температурой покрытие PVD/TiN является проверенным решением.
Для высокотехнологичных-приложений, в которых учитываются адгезия, свойства сцепления и контроль микроструктуры (например, компоненты авиационных двигателей), технология PCVD имеет наибольший потенциал.
Компания новых материалов Баоцзи Ибайтэ, Лтд.
лучший производитель и поставщик титановой продукции