Как да контролираме повърхностното окисляване на изковки от титанова сплав?

Титанът е много лесен за окисляване по време на горещо коване, образувайки слой за крехкост, който причинява напукване и трудности при обработката. Това значително намалява производителността на изковките. Ефективните процеси за предотвратяване на окисляването са критични за подобряване на надеждността и икономичността наизковки от титанова сплав.

 

(I) Механизъм на образуване на оксиден слой

Повърхността реагира с кислорода в пещта, за да образува три-слоен оксиден филм по време на горещото коване.

Три{0}}слойният оксиден филм: хлабав външен слой от TiO₂, среден слой от TiO-Ti₃O смесена фаза и вътрешен -обогатен с кислород -фазов слой за крехкост.

-фазата е ключовият фактор, определящ повредата на коването, и нейната дебелина нараства експоненциално с повишаване на температурата.

 

(II) Ключови влияещи фактори
Температура и време: Степента на окисляване се увеличава с 30% за всеки 100 градуса повишаване на температурата

Тип сплав: -титановите сплави претърпяват значително окисляване при 600 градуса, докато -титаниевите сплави образуват очевиден оксиден слой само при температури над 980 градуса.

Атмосферна среда: Концентрацията на кислород в пещта определя скоростта на окисление. Защитата от азот може да намали скоростта, а защитата от инертен газ предлага по-добри резултати.

 

Титанови изковки в Ruihang

 

(I) Технология за защита на атмосферата
Защита от инертен газ: Непрекъснато добавяйте високо{0}}аргон или хелий (чистота по-голяма или равна на 99,99%), намалявайки степента на окисляване с над 60%. Mitsubishi Electric използва аргонова защита, за да стабилизира дебелината на оксидния слой при 0,1-0,3 mm, със степен на квалификация от 98%.

Контрол на вакуумната среда: Степен на вакуум, по-голяма или равна на 10⁻³Pa, може напълно да изолира кислорода, подходяща за ключови компоненти с висока-прецизност, но цената на оборудването е относително висока.

Нагряване на насипен материал: Гранулираното нагряване на средата позволява по-висока ефективност на пренос на топлина, скъсяване на времето за излагане на висока{0}}температура и инхибиране на окисляването от източника.

 

(II) Оптимизиране на параметрите на процеса
Постепенен контрол на температурата: Контролирайте температурата на нагряване на 20-50 градуса под температурата на -transus, за да намалите удебеляването на оксидния слой.

Прецизно управление на времето: Оптимизирайте пътя на деформация чрез числена симулация, за да съкратите неефективното време на престой във високо-температурната зона.

Стратегия за охлаждане: Приемете поетапно охлаждане, за да избегнете високотемпературното окисляване след-коване-и да намалите риска от разпадане на оксиден слой.

 

(III) Защита от модификация на повърхността

 

Тип процес	Технически параметри	Основни предимства	Сценарии за приложение
Пре-третиране с окисление	Образувайте плътен оксиден филм при 300-400 градуса	Степента на увеличаване на теглото при окисление е намалена с 20% при 500 градуса	Компоненти за средно{0}}температурно обслужване
Анодно окисление	Напрежение 20-60V, електролит H₂SO₄	Устойчивостта на корозия се увеличава с 50%, дебелина на филма 10-30μm	Медицински импланти, електронни компоненти
Микро{0}}дъгово окисление (MAO)	Електролиза с високо{0}} напрежение при 300-600 V, композитен слой TiO₂/Al2O₃	Температурна устойчивост >500 градуса, устойчивост на износване и кавитация	Перки-на авиационни двигатели, морски клапани
B+(B-Al) Композитна дифузия	Вграждане на твърд прах, изотермична обработка при 800 градуса	Степента на увеличаване на теглото при окисление е намалена с 83,5%, твърдост 1800HV	Gr5 компоненти при високи{1}}температурни условия на работа

 

Забележка: Композитната дифузионна технология B+(B-Al) приема синергичен механизъм на TiB₂ бариера на външния слой + самозащита на вътрешния слой Al₃Ti-, което води до увеличаване на теглото от само 7,24 g/m² за сплав Gr5 след окисляване при 800 градуса за 100 часа.

 

(IV) Композитна система за защита
Комбинираният процес на „пред-окисление + покритие от стъклен емайл + аргонова защита“ може едновременно да подобри качеството на повърхността и пластичността. Експериментите показват, че изковките от титаниева сплав BT3-1, обработени с тази комбинация, имат гладка повърхност без дефекти като рибени люспи и ефективността на последващото почистване се увеличава с 40%.

 

(I) Методи за откриване на оксиден слой
Микроскопски анализ: Наблюдавайте структурата на оксидния слой с помощта на сканираща електронна микроскопия (SEM) с точност на измерване на дебелината от 0,1 μm;

Откриване на състав: Използвайте спектрален анализ, за ​​да определите степента на замърсяване с азот и водород, като избягвате рисковете от крехкост;

Оценка на ефективността: Тествайте стабилността на оксидния филм с помощта на електрохимична импедансна спектроскопия (EIS), подходяща за медицински импланти.

(II) Процеси на почистване на оксиден слой
Механично почистване: Пясъкоструенето може да отстрани 0,13-0,76 mm оксидна скала, което изисква степен на покритие по-голяма или равна на 200%, за да се избегне повреда на субстрата;

Химическо ецване: Смесен разтвор на азотна киселина и флуороводородна киселина премахва -слоя на корпуса със скорост на почистване от 0,03 mm/min, премахвайки 0,25-0,38 mm от повърхностния слой при едно третиране;

Технологии за ремонт: Лазерната облицовка поправя вдлъбнати дефекти на цена от само 25% от новите части; PVD повторното покритие поправя разцепването на покритието, като адхезията отговаря на стандартите ASTM D3359.

 

(I) Аерокосмическо поле
Компоненти: компресорни лопатки на двигателя от титаниева сплав Gr5, колесник;

Процес: MAO керамичен слой + дробно уплътняване, нагряване при степен на вакуум от 10⁻³Pa;

Ефект: Дебелина на оксидния слой По-малка или равна на 0,2 mm, устойчивост на умора, увеличена с 30%, целостта на покритието се проверява на всеки 500 летателни часа.

 

(II) Област на медицината
Компоненти: Изкуствени стави, костни пластини;
Процес: Електрополиране + анодно оксидиране;
Ефект: Биосъвместимостта отговаря на стандартите, процент на задържане на импеданса на оксидния филм >80% 2 години след операцията.

 

(III) Област на химическата промишленост

Компоненти: Реакторни бъркалки, фланци;
Процес: Химическа пасивация + PTFE покритие;
Ефект: Подобрена устойчивост на корозия, годишна скорост на корозия По-малка или равна на 0,1 mm.

 

Ruihang е специализирана в научноизследователска и развойна дейност, производство и продажба на високо{0}}качествен титан и продукти от титанови сплави, включително изковки, тръби, пръстени, пръти, плочи и други титанови продукти и т.н. За повече подробности, моля, свържете се с нас чрез имейл:Sam.Rui@bjrh-titanium.com