Kjerneteknologien for overflatemodifisering av titanlegeringer: Vakuumbelegg av titanlegeringer

Vakuumbelegg av titanlegeringer en kjerneteknologi for overflatemodifisering av titanlegeringer. Hovedformålet er å kompensere for de lokale manglene til titanlegeringer (som slitestyrke, korrosjonsmotstand, høy-temperaturoksidasjonsmotstand og friksjonsreduksjon) samtidig som de beholder deres iboende fordeler med høy styrke og lav vekt. Den er mye brukt i-avanserte felt som romfart, medisinsk, presisjonsmaskineri og bilindustri.

Nøkkelforutsetninger for vakuumbelegg av titanlegering (først avklar kompatibilitet)

• 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 grader). Vakuumbelegg krever å overvinne passiveringsfilmen for å sikre sterk adhesjon mellom filmen og underlaget.
• Krav til kjernebelegg: ① Adhesjon større enn eller lik 50N (ripetest/strekktest); ② Tett og pore-film; ③ Kompatibel med seigheten til titanlegeringssubstratet, forhindrer sprø sprekker; ④ Påvirker ikke de mekaniske egenskapene til selve underlaget.
• Kjernefordeler: Belegg i et vakuummiljø (vakuumgrad 10⁻³~10⁻⁶Pa) sikrer ingen oksidasjon eller urenheter, noe som resulterer i god filmensartethet og kontrollerbar tykkelse (0,5-50μm). Den er egnet for kompleksformede arbeidsstykker av titanlegering (som titanstaver, blader av titanlegering og medisinske implantater).

Prosess: Magnetron-forstøvningsbelegg (den mest vanlige metoden, egnet for bruk med middels og lav temperatur, høy-presisjon)

1. Kjerneprinsipp
I et høy-vakuumkammer er elektroner begrenset av et magnetfelt for å bombardere målmaterialet (metall/keramisk mål), noe som får målatomene/-ionene til å løsne og avsettes på overflaten av titanlegeringssubstratet, og danner et tett filmlag. Denne prosessen faller inn under kategorien fysisk dampavsetning (PVD).

2. Dedikert kjerneprosess for titanlegeringer (Nøkkelen ligger i substratforbehandlingen, som bestemmer bindestyrken)
Forbehandling av underlaget- (kjernetrinn, står for 70 % av beleggkvaliteten)
Grovrengjøring: Ultralydrensing (aceton + alkohol) for å fjerne olje og støv, etterfulgt av tørking;
Passiveringsfilmfjerning: Argonionetsing (vakuumgrad 10⁻³Pa, argontrykk 0,5-1Pa, forspenning -100~-300V, tid 15-30min) for å bryte ned TiO₂-filmen, eksponere en frisk titanoverflate, og samtidig gjøre overflaten ru Ra 30m) for å gjøre overflaten ru. mekanisk låsing;
Forvarming: Forvarming av titanlegeringssubstratet til 150-300 grader for å redusere temperaturforskjellsspenningen mellom filmen og underlaget og forhindre at filmen sprekker.
Belegningsprosess (to trinn: først et basislag, deretter avsetning)
Basislag: Først avsettes et overgangslag (Ti-lag eller Cr-lag, tykkelse 0,1-0,5μm) for å eliminere gittermisforholdet mellom titanlegeringen og den funksjonelle filmen og forbedre bindingsstyrken. Parametre: målstrøm 2-5A, forspenning -50~-100V, tid 5-10min;
Funksjonell lagavsetning: Velg målmateriale i henhold til krav, kontroller filmtykkelse. Kjerneparametere: vakuumgrad 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, argonstrømningshastighet 20-50sccm, målstrøm 3-8A, forspenning -30~-80V, avsetningstemperatur Mindre enn eller lik 400 grader (for å unngå gløding og mykning av titanlegeringen).
Etter-behandling: Naturlig avkjøling til romtemperatur etter fjerning fra ovnen. Høy-deler kan gjennomgå lav-temperaturgløding (150-200 grader × 1 time) for å eliminere indre stress i filmen.

Typiske bruksscenarier for vakuumbelegg av titanlegering (tilsvarende prosessvalg)

1. Luftfartsfelt: Blader av titanlegering, koblinger → ionitrering + TiAlN multi-buebelegg; Titanium legering presisjon aksler → Magnetron sputtering TiCN belegg;
2. Medisinsk felt: Titanlegeringskjøter, benskruer → Magnetron sputtering DLC-belegg (biokompatibel); Titanlegeringsimplantater → Vakuumbue-ionbelegg (ikke-giftig);
3. Presisjonsmaskineri felt: titanlegering verktøy, støpeformer → TiN/TiCN magnetron sputtering; Titanium legering glidere → DLC belegg;
4. Marine engineering felt: Titanium legeringer festemidler, rør → CrN magnetron sputtering (salt spray korrosjon motstand);
5. Dekorativt felt: smykker i titanlegering → Vakuumfordampningsbelegg Au/TiN (lyse farger).