Bagaimana Untuk Mengawal Pengoksidaan Permukaan Penempaan Aloi Titanium?

Titanium sangat mudah untuk pengoksidaan semasa penempaan panas, membentuk lapisan embrittlement yang menyebabkan kesukaran rekahan dan pemprosesan. Itu dengan ketara mengurangkan prestasi penempaan. Proses pencegahan pengoksidaan yang berkesan adalah penting untuk meningkatkan kebolehpercayaan dan ekonomipenempaan aloi titanium.

 

(I) Mekanisme Pembentukan Lapisan Oksida

Permukaan bertindak balas dengan oksigen dalam relau untuk membentuk filem oksida tiga-lapisan semasa penempaan panas.

Tiga-lapisan filem oksida: lapisan luar TiO₂ yang longgar, lapisan tengah fasa bercampur TiO-Ti₃O dan oksigen dalam-yang diperkayakan -lapisan peretasan fasa.

Fasa -adalah faktor utama yang menentukan kegagalan penempaan, dan ketebalannya meningkat secara eksponen dengan kenaikan suhu.

 

(II) Faktor Pengaruh Utama
Suhu dan Masa: Kadar pengoksidaan meningkat sebanyak 30% untuk setiap kenaikan suhu 100 darjah

Jenis Aloi: -aloi titanium mengalami pengoksidaan yang ketara pada 600 darjah , manakala -aloi titanium hanya membentuk lapisan oksida yang jelas pada suhu melebihi 980 darjah .

Persekitaran Atmosfera: Kepekatan oksigen dalam relau menentukan kadar pengoksidaan. Perlindungan nitrogen boleh mengurangkan kadar , dan perlindungan gas lengai menawarkan hasil yang lebih baik.

 

Penempaan titanium di Ruihang

 

(I) Teknologi Perlindungan Atmosfera
Perlindungan Gas Lengai: Teruskan memperkenalkan argon atau helium ketulenan tinggi-tinggi (ketulenan Lebih daripada atau sama dengan 99.99%), mengurangkan kadar pengoksidaan lebih 60%. Mitsubishi Electric menggunakan perlindungan argon untuk menstabilkan ketebalan lapisan oksida pada 0.1-0.3mm, dengan kadar kelayakan 98%.

Kawalan Persekitaran Vakum: Tahap vakum Lebih daripada atau sama dengan 10⁻³Pa boleh mengasingkan oksigen sepenuhnya, sesuai untuk-komponen utama berketepatan tinggi, tetapi kos peralatan agak tinggi.

Pemanasan Bahan Longgar: Pemanasan sederhana berbutir membolehkan kecekapan pemindahan haba yang lebih tinggi, memendekkan-masa pendedahan suhu tinggi dan menghalang pengoksidaan daripada sumber.

 

(II) Pengoptimuman Parameter Proses
Kawalan Suhu Berperingkat: Kawal suhu pemanasan pada 20-50 darjah di bawah suhu -transus untuk mengurangkan penebalan lapisan oksida.

Pengurusan Masa Tepat: Optimumkan laluan ubah bentuk melalui simulasi berangka untuk memendekkan masa kediaman yang tidak berkesan dalam zon suhu-tinggi.

Strategi Penyejukan: Amalkan penyejukan berperingkat untuk mengelakkan-menempa pengoksidaan suhu-tinggi dan mengurangkan risiko pergeseran lapisan oksida.

 

(III) Perlindungan Pengubahsuaian Permukaan

 

Jenis Proses	Parameter Teknikal	Kelebihan Teras	Senario Aplikasi
Rawatan Pra-pengoksidaan	Bentuk filem oksida padat pada 300-400 darjah	Kadar kenaikan berat badan pengoksidaan dikurangkan sebanyak 20% pada 500 darjah	Komponen perkhidmatan suhu sederhana-
Pengoksidaan Anodik	Voltan 20-60V, elektrolit H₂SO₄	Rintangan kakisan meningkat sebanyak 50%, ketebalan filem 10-30μm	Implan perubatan, komponen elektronik
Mikro{0}}Pengoksidaan arka (MAO)	Elektrolisis{0}}voltan tinggi pada 300-600V, lapisan komposit TiO₂/Al₂O₃	Rintangan suhu ＞500 darjah, rintangan haus dan peronggaan	Aero-bilah enjin, injap marin
Resapan Komposit B+(B-Al).	Pembenaman serbuk pepejal, rawatan isoterma pada 800 darjah	Kadar pertambahan berat pengoksidaan dikurangkan sebanyak 83.5%, kekerasan 1800HV	Komponen Gr5 di bawah-keadaan kerja suhu tinggi

 

Nota: Teknologi resapan komposit B+(B-Al) menggunakan mekanisme sinergistik penghalang lapisan luar TiB₂ + perlindungan diri lapisan dalam Al₃Ti-, menghasilkan penambahan berat hanya 7.24 g/m² untuk aloi Gr5 selepas pengoksidaan pada 800 darjah selama 100 jam.

 

(IV) Sistem Perlindungan Komposit
Proses gabungan "pra-pengoksidaan + salutan enamel kaca + perlindungan argon" boleh meningkatkan kualiti permukaan dan keplastikan secara serentak. Eksperimen menunjukkan bahawa BT3-1 penempaan aloi titanium dirawat dengan gabungan ini mempunyai permukaan licin tanpa kecacatan skala ikan dan kecekapan pembersihan seterusnya meningkat sebanyak 40%.

 

(I) Kaedah Pengesanan Lapisan Oksida
Analisis Mikroskopik: Perhatikan struktur lapisan oksida menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dengan ketepatan ukuran ketebalan 0.1μm;

Pengesanan Komposisi: Gunakan analisis spektrum untuk menentukan tahap pencemaran nitrogen dan hidrogen, mengelakkan risiko kerapuhan;

Penilaian Prestasi: Uji kestabilan filem oksida menggunakan Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS), sesuai untuk implan perubatan.

(II) Proses Pembersihan Lapisan Oksida
Pembersihan Mekanikal: Letupan pasir boleh mengeluarkan skala oksida 0.13-0.76mm, memerlukan kadar liputan Lebih daripada atau sama dengan 200% untuk mengelakkan kerosakan substrat;

Penjerukan Kimia: Larutan campuran asid nitrik dan asid hidrofluorik mengeluarkan -lapisan kes dengan kadar pembersihan 0.03mm/min, mengeluarkan 0.25-0.38mm lapisan permukaan dalam satu rawatan;

Teknologi Pembaikan: Pelapis laser membaiki kecacatan pitting dengan kos hanya 25% bahagian baharu; Pembaikan salutan semula PVD spallation, dengan lekatan memenuhi piawaian ASTM D3359.

 

(I) Medan Aeroangkasa
Komponen: Bilah pemampat enjin aloi titanium Gr5, gear pendaratan;

Proses: Lapisan seramik MAO + shot peening, pemanasan pada tahap vakum 10⁻³Pa;

Kesan: Ketebalan lapisan oksida Kurang daripada atau sama dengan 0.2mm, rintangan lesu meningkat sebanyak 30%, integriti salutan diperiksa setiap 500 jam penerbangan.

 

(II) Bidang Perubatan
Komponen: Sendi tiruan, plat tulang;
Proses: Electropolishing+ pengoksidaan anodik;
Kesan: Biokompatibiliti memenuhi piawaian, kadar pengekalan galangan filem oksida ＞80% 2 tahun selepas pembedahan.

 

(III) Bidang Industri Kimia

Komponen: Pengayuh pengaduk reaktor, bebibir;
Proses: Pempasifan kimia + salutan PTFE;
Kesan: Rintangan kakisan bertambah baik, kadar kakisan tahunan Kurang daripada atau sama dengan 0.1mm.

 

Ruihang mengkhusus dalam R&D, pengeluaran dan penjualan produk-titanium dan aloi titanium berkualiti tinggi, termasuk penempaan, paip, gelang, bar, plat dan produk titanium lain dll. Untuk butiran lanjut, sila hubungi kami melalui E-mel:Sam.Rui@bjrh-titanium.com