Titan, với tư cách là một kim loại đa năng, có nhiều ứng dụng vô song cho các thanh và dây hợp kim của nó. Tuy nhiên, những thiếu sót của vật liệu titan ban đầu, chẳng hạn như độ cứng bề mặt thấp và khả năng chống mài mòn không đủ, có thể dẫn đến hỏng mòn linh kiện trong điều kiện ma sát cao, rút ngắn đáng kể tuổi thọ sử dụng và hạn chế việc mở rộng hơn nữa các kịch bản ứng dụng của nó. Để giải quyết cách nâng cao khả năng chống mài mòn của thanh và dây titan, ngành công nghiệp đã phát triển nhiều công nghệ xử lý bề mặt hoàn thiện.
Nghề thủ công truyền thống: Giải pháp chống mài mòn-hoàn thiện và ổn định
Phương pháp phủ ướt
Phương pháp phủ ướt hiện là quy trình xử lý chống mài mòn bề mặt-được sử dụng rộng rãi nhất cho vật liệu titan, với lớp phủ crom (Cr) và niken-phốt pho (Ni-P) là những ví dụ điển hình. Do hoạt tính cao của màng oxit trên bề mặt titan nên lớp phủ crom trực tiếp có độ bám dính kém và dễ bị bong tróc. Do đó, quy trình tiêu chuẩn công nghiệp là một phương pháp hai{5}}bước: đầu tiên, một lớp niken (Ni) được lắng đọng trên bề mặt của thanh titan hoặc chất nền dây như một lớp chuyển tiếp để tăng cường độ bám dính của lớp phủ, sau đó crom (Cr) được lắng đọng trên bề mặt của lớp niken dưới dạng lớp bề mặt chống mài mòn.
Quá trình này sử dụng phương pháp điện phân để lắng đọng, với tốc độ hình thành màng nhanh, độ dày lớp phủ có thể kiểm soát được và độ dày của lớp phủ chống mài mòn thông thường-có thể đạt tới vài micromet. Độ dày lớp phủ trang trí chỉ 1 μm cũng có thể đạt được hiệu quả. Lớp phủ có độ cứng cao và hệ số ma sát thấp, khiến nó trở thành phương pháp xử lý bề mặt chống mài mòn-hiệu quả về mặt chi phí.
Phương pháp khuếch tán nhiệt
Ban đầu được sử dụng rộng rãi trong các quá trình khuếch tán nhiệt như cacbon hóa, thấm nitơ và boron hóa để làm cứng vật liệu thép, sau khi điều chỉnh và tối ưu hóa, phương pháp này cũng có thể được áp dụng để xử lý-chống mài mòn bề mặt của vật liệu titan. Nguyên tắc cốt lõi của nó là cho phép các nguyên tố như carbon, nitơ và boron khuếch tán vào mạng lưới bề mặt của thanh và dây titan ở nhiệt độ cao, tạo thành lớp hợp chất titan có độ cứng cao, từ đó đạt được độ cứng bề mặt.
Độ cứng của lớp bề mặt của vật liệu titan đã qua xử lý có thể tăng lên nhiều lần và lớp cứng được liên kết bằng phương pháp luyện kim với vật liệu cơ bản mà không có nguy cơ bong ra lớp phủ. Khả năng chống mài mòn bền và ổn định, đồng thời phù hợp để sử dụng trong các thành phần kết cấu chịu sự mài mòn và ma sát-lâu dài.
Phương pháp hàn
Phương pháp hàn sử dụng hồ quang truyền plasma làm nguồn nhiệt để làm tan chảy vật liệu hợp kim có độ cứng-có độ cứng cao-chống mài mòn, sau đó hàn nó lên bề mặt của các thanh hoặc dây titan cần gia cố, tạo thành một lớp sửa đổi chống mài mòn được liên kết bằng kim loại. Bề mặt đã qua xử lý của vật liệu titan có khả năng chống mài mòn tuyệt vời và trong quá trình xử lý, chỉ có khu vực hàn cục bộ được làm nóng mà không cần đặt toàn bộ phôi trong môi trường nhiệt độ-cao, điều này có thể tránh được hiệu quả sự giảm tính chất cơ học do quá trình gia nhiệt tổng thể của nền titan.
Tuy nhiên, độ nhám bề mặt sau quá trình này tương đối cao, đòi hỏi phải xử lý và đánh bóng thứ cấp. Nó chỉ thích hợp để xử lý các thanh titan có đường kính lớn hơn và độ dày cao hơn, đồng thời không phù hợp với dây titan có đường kính-tốt trong thời điểm hiện tại.
Công nghệ tiên tiến: Một lựa chọn mới để nâng cao-các ứng dụng cao cấp
Trong những năm gần đây, các công nghệ tăng cường bề mặt lắng đọng pha khí-như lắng đọng hơi hóa học (CVD), lắng đọng hơi vật lý (PVD) và lắng đọng hơi hóa học tăng cường plasma (PCVD) đã dần được áp dụng trong các-cao cấp.
Các quy trình này có thể tạo ra các lớp phủ siêu cứng như titan nitrit và kim cương-như carbon trên bề mặt của thanh và dây titan. Độ dày đồng đều và có thể kiểm soát được, lớp phủ có độ bám dính cao. Chúng không chỉ có thể cải thiện đáng kể khả năng chống mài mòn mà còn có thể điều chỉnh thành phần lớp phủ theo yêu cầu, có tính đến các đặc tính tổng hợp như khả năng chống ăn mòn và giảm ma sát, nhiệt độ xử lý thấp mà không ảnh hưởng đến tính chất cơ học của chất nền titan. Chúng đặc biệt thích hợp với các dây titan có kích thước nhỏ,-có độ chính xác cao,{5}}và các thanh titan có độ chính xác cao, đồng thời có thể đáp ứng các yêu cầu nghiêm ngặt của các lĩnh vực-cao cấp như hàng không vũ trụ và y tế.
Với việc không ngừng mở rộng các kịch bản ứng dụng của vật liệu titan, công nghệ xử lý chống mài mòn bề mặt cũng liên tục được nâng cấp và cải tiến. Điều này không chỉ khám phá thêm tiềm năng hoạt động của thanh và dây titan mà còn cung cấp hỗ trợ kỹ thuật cho việc ứng dụng hợp kim titan trong các điều kiện làm việc đòi hỏi khắt khe hơn, trở thành hướng công nghệ hỗ trợ quan trọng cho sự phát triển của ngành công nghiệp titan.