Tecnologia di trattamento superficiale dei pezzi fucinati in titanio

Forgiati in titanioservono in ambienti difficili nei campi dei motori aerospaziali, chimici e medici, che richiedono una qualità superficiale estremamente elevata. I difetti superficiali dei pezzi grezzi possono causare guasti. Il trattamento scientifico della superficie può rafforzare e modificare la superficie, migliorare la qualità, prolungare la durata e garantire la sicurezza in condizioni di lavoro estreme.

 

 

Si riferisce alla modifica della composizione chimica, della struttura organizzativa o delle caratteristiche morfologiche della superficie del materiale attraverso metodi fisici, chimici, elettrochimici o di altro tipo. Può raggiungere obiettivi funzionali come una maggiore resistenza alla corrosione, una migliore resistenza all'usura e una biocompatibilità ottimizzata.

 

 

 

(I) Passivazione chimica: basso costo

La passivazione chimica prevede l'immersione dei pezzi forgiati del titanio in una soluzione chimica per formare una densa pellicola di passivazione TiO₂ che isola la corrosione. Il processo industriale tradizionale utilizza il 20-30% di acido nitrico per immersione per 30 minuti, formando una pellicola da 5-15 nm. Vanta i vantaggi di semplicità, basso costo e alta efficienza, con un impatto minimo sulle dimensioni. Adatto per la protezione in batch dei pezzi fucinati di titanio in condizioni di lavoro convenzionali, è ampiamente utilizzato nelle flange chimiche e nei normali componenti energetici.

 

Tuttavia, la pellicola è relativamente sottile, non è in grado di resistere a forte corrosione e sollecitazioni elevate e non è applicabile a condizioni di lavoro estreme.

 

(II) Anodizzazione: scenari di precisione

L'anodizzazione è un processo elettrochimico. I pezzi forgiati in titanio vengono trattati con un elettrolita di acido solforico a una tensione di 20-60 V per formare una pellicola di ossido di 10-30 μm. La sua resistenza alla corrosione è superiore di oltre il 50% rispetto a quella della passivazione chimica. Il colore della pellicola è regolabile, combinando proprietà funzionali e decorative, e la sua struttura porosa può ottimizzare la biocompatibilità. È adatto per impianti ortopedici medici e componenti elettronici di precisione in titanio.

 

Lo svantaggio è che la pellicola è fragile, non è in grado di resistere a forti impatti e deve essere utilizzata con cautela in condizioni di lavoro ad alta-usura e-affaticamento.

 

(III) Ossidazione al microarco: condizioni di lavoro estreme

Microarc Oxidation (MAO) is a high-end electrochemical technology. High-voltage (300-600V) induced microarc discharge generates a 50-100μm TiO₂/Al₂O₃ composite ceramic film on the surface of titanium forgings. The film-substrate bonding is tight, featuring excellent corrosion resistance, high-temperature resistance (>500 gradi), elevata durezza e resistenza all'usura. È la soluzione di protezione principale per i componenti in titanio in condizioni di lavoro estreme, adatta per componenti chiave dei motori aerospaziali e dell'ingegneria navale.

 

Gli svantaggi sono la maggiore ruvidità della superficie e i costi elevati, che ne limitano l'applicazione solo a scenari-di fascia alta.

 

(IV) Pallinatura: componenti sottoposti ad elevato stress da fatica

La pallinatura è un processo di modificazione fisica. I proiettili ad alta-velocità colpiscono i pezzi forgiati del titanio per formare uno strato di sollecitazione di compressione di 0,1-0,3 mm con un tasso di copertura maggiore o uguale al 200%. Può inibire le cricche da fatica, migliorare la resistenza alla fatica di oltre il 30% e prolungare la durata dei componenti sottoposti a sollecitazioni elevate, progettato specificamente per parti chiave soggette a carichi alternati.

 

Nota: la ruvidità della superficie aumenta leggermente e per i componenti ad altissima-alta-precisione è necessaria la successiva lucidatura.

 

(V) Deposizione fisica da fase vapore (PVD): tecnologia di rivestimento di precisione

Il PVD è una tecnologia di rivestimento sottovuoto con rivestimento ultra-duro. Riduce l'attrito e l'usura senza danneggiare le prestazioni del substrato e i suoi parametri sono regolabili per supportare la personalizzazione. È adatto per componenti ad alta-usura come ingranaggi e cuscinetti in titanio.

 

Limitazioni: il rivestimento è sottile e non è in grado di resistere agli urti e il costo di preparazione è elevato.

 

(VI) Elettrolucidatura: ambito biomedico

L'elettrolucidatura utilizza un elettrolita a base di acido fosforico- per il livellamento e la purificazione elettrochimici, ottenendo una superficie di titanio con Ra inferiore o uguale a 0,1 μm. Elimina i difetti legati alle microfessure e offre un'eccellente biocompatibilità, utilizzata principalmente per impianti medici e applicabile anche a scenari di elevata-purezza come i semiconduttori.

 

Svantaggi: elevato consumo energetico, bassa efficienza, controllo rigoroso dei parametri e incapacità di eseguire l'elaborazione convenzionale in batch.

 

 

La selezione dei processi di trattamento superficiale per i pezzi fucinati del titanio dovrebbe seguire i principi di "adattamento alle condizioni di lavoro, priorità delle prestazioni e controllo dei costi", considerando in modo completo le proprietà dei materiali, l'ambiente di servizio, i requisiti funzionali e l'efficienza economica.

• Per le pale dei compressori dei motori aeronautici-che richiedono resistenza alla temperatura e resistenza alla fatica e alla corrosione, viene adottato il processo composito di "ossidazione a microarco + pallinatura".
• Per le pale agitatrici dei reattori chimici che richiedono resistenza alla forte corrosione, viene selezionata la combinazione anti-corrosione a basso costo di "passivazione chimica + rivestimento PTFE".
• Per le articolazioni artificiali mediche che necessitano sia di biocompatibilità che di resistenza all'usura, viene utilizzata la "elettrolucidatura + anodizzazione" per garantire pulizia e osteointegrazione.
• Per gli steli delle valvole di ingegneria navale che richiedono resistenza alla corrosione e all'erosione dell'acqua di mare, la soluzione tradizionale è l'ossidazione al microarco + protezione con anodo sacrificale.

 

Le proprietà dei materiali influiscono anche sulla selezione del processo:

Il titanio puro commerciale (Gr1/Gr2) è adatto per ambienti corrosivi convenzionali, con la passivazione chimica come opzione preferita.

Gr5 (Ti-6Al-4V) serve a temperature elevate e richiede rivestimenti con barriera termica.

-le leghe di titanio di tipo devono evitare processi che coinvolgono mezzi contenenti idrogeno-per prevenire l'infragilimento da idrogeno.

 

Ruihang, in qualità di produttore professionale di prodotti in titanio e leghe di titanio, fornisce forgiati, piastre, barre, tubi, fili, sezioni ecc. di titanio e leghe di titanio di alta- qualità. Per i dettagli, contattaci via email:Sam.Rui@bjrh-titanium.com