Завдяки низькій щільності, високій питомій міцності, відмінній біосумісності та атмосферостійкості,титанові сплавистали основними конструкційними матеріалами в таких галузях, як авіакосмічна промисловість, військове обладнання, медичне обладнання та високо{0}}цивільне виробництво. Однак титанові сплави мають властиві недоліки, включаючи відносно низьку поверхневу твердість, недостатню зносостійкість і схильність до гальванічної корозії, що значно обмежує їх використання при великих навантаженнях, терті, корозії морською водою і складних умовах експлуатації, тим самим обмежуючи їх широке промислове застосування.
Щоб усунути ці недоліки властивостей поверхні титанових сплавів, промисловість широко використовує процеси модифікації поверхні для підвищення їх загальної продуктивності. Серед них мікро-дугове оксидування (МАО)-нова плазмова-електрохімічна технологія обробки поверхні-може створити на місці щільну керамічну оксидну плівку на поверхні підкладки з титанового сплаву, значно покращуючи зносостійкість, стійкість до корозії, теплоізоляцію та електроізоляційні властивості. Наразі це основний технологічний підхід для високоякісного зміцнення поверхні титанових сплавів. У цьому документі систематично обговорюються принципи технології мікро-дугового окислення, її переваги процесу, механізми контролю продуктивності, останні досягнення досліджень і перспективи її промислового застосування.
I. Принципи та основні переваги технології мікро-дугового оксидування
Мікро-дугове окислення – це високо-технологія модифікації поверхні, розроблена на основі звичайного анодування. Цей процес розширює діапазон електрохімічного окислення до високо{3}}діапазону розряду високої напруги, спричиняючи серію складних фізико-хімічних змін-таких як іскровий розряд, мікро-пробій дуги та плазмові реакції-, які відбуваються в заготовках із вентильного металу (зокрема з титану, алюмінію та магнію) всередині електроліту. Завдяки спільному впливу електрохімії, термохімії та плазмохімії щільна керамічна оксидна плівка високої -твердості, яка металургійним чином з’єднана з підкладкою, росте на місці на поверхні металу, досягаючи комплексного зміцнення властивостей поверхні матеріалу.
(I) Чотирьох{0}}механізм утворення плівки мікро-дугового окислення Процес утворення плівки мікро-дугового окислення для титанових сплавів можна розділити на чотири послідовні стадії, кожна з яких має відмінні характеристики реакції та чітко визначені шари утворення плівки:
Етап 1: перед-фаза іскри. На початку нанесення струму велика кількість кисню виділяється з поверхні заготовки, утворюючи шар газового ущільнення, і на поверхні швидко утворюється рівномірна ізоляційна пасивуюча плівка. Щільність струму швидко зростає до піку, а потім зменшується, закладаючи основу для наступної реакції руйнування.
Етап 2: Етап іскрового розряду. Оскільки напруга продовжує зростати, слабкі ділянки поверхневої пасиваційної плівки першими руйнуються високою напругою, утворюючи канал плазмового розряду між електродами. На поверхні заготовки з’являється безліч маленьких блукаючих іскор. Точки руйнування змінюються динамічно та випадково, що призводить до початкового рівномірного росту плівки.
Етап 3: Етап мікро-дугової реакції У міру того, як реакція триває, розсіяні іскри поступово об’єднуються в стабільні мікро-дуги; збільшується інтенсивність розряду, зменшується кількість дуг, прискорюється їх рух. Товщина плівки та поверхневий опір продовжують збільшуватися, щільність струму поступово стабілізується, і основна структура керамічної плівки швидко набуває форми. Стадія 4: стадія локалізованої дуги. На пізніх стадіях реакції кількість поверхневих плям дуги зменшується, їх рух сповільнюється, енергія розряду стає більш концентрованою, а густина струму ще більше зменшується. Поверхня заготовки зазнає складних процесів, таких як плазмове бомбардування, плавлення та дифузія, високо-температурне спікання та фазові переходи затвердіння, зрештою утворюючи керамічне оксидне покриття значної товщини, високої щільності та надзвичайно сильного зчеплення.
(II) Видатні переваги технології мікро-дугового оксидування
1. Надзвичайно міцна адгезія: керамічне покриття росте на місці на підкладці, усуваючи ризик відшарування або розшарування; його адгезія значно перевищує адгезію звичайних процесів, таких як напилення та гальванічне покриття.
2. Властивості покриття, що налаштовуються: регулюючи склад електроліту, електричні параметри та тривалість процесу, можна точно контролювати товщину, щільність, твердість і стійкість до корозії, щоб досягти індивідуальної функціональності.
3. Відсутність пошкодження підкладки: миттєва температура в зоні мікро-дугового розряду може досягати понад 2000 градусів. Висока локальна температура плазми спричиняє спікання керамічної фази, але загальна температура заготовки залишається нижче 300 градусів, запобігаючи розм’якшенню підкладки, деформації та погіршенню продуктивності.
4. Потужна здатність покривати всю-площу: незважаючи на структуру заготовки, рівномірне покриття можна досягти на складних деталях неправильної форми, внутрішніх порожнинах і кутах без мертвих зон або пропусків покриття.
5. Простий і рентабельний-процес: не потрібні висока-температура чи вакуум; етапи попередньої обробки прості; технологічний процес короткий; споживання енергії контролюється; а економічна-ефективність неймовірна.
6. Значне покращення загальної продуктивності: завдяки поєднанню міцності металу з високою твердістю та корозійною стійкістю кераміки процес значно покращує загальні характеристики титанового сплаву, включаючи зносостійкість, стійкість до корозії, теплоізоляцію та електричну ізоляцію.
Завдяки численним перевагам продуктивності-зокрема зносостійкості, стійкості до корозії, теплоізоляції, електроізоляції та біосумісності-технологія модифікації титанового сплаву MAO продемонструвала широкі перспективи застосування в різних сферах і сценаріях. У секторі морського машинобудування щільні керамічні покриття TiO₂ можуть ефективно протистояти корозії морської води та гальванічній корозії, що робить їх придатними для складних структурних компонентів суден, трубопровідної арматури та точних частин морського обладнання, тим самим значно підвищуючи стійкість обладнання до старіння в морському середовищі. У секторах автомобільного та промислового обладнання покриття MAO пропонують відмінні властивості термоізоляції, вирішуючи проблеми відшаровування та стійкості до перепаду температур, які є типовими для традиційних теплоізоляційних покриттів. Вони підходять для високо{5}}температурних компонентів двигуна та важких-тертьових частин, підвищуючи стійкість обладнання до високих температур, зношування та збільшуючи термін служби. Керамічні покриття з високою-твердістю та низьким{9}}тертям у секторі текстильного обладнання значно покращують зносостійкість високо{10}}швидкісних компонентів. Вони підходять для деталей,-схильних до критичного зносу, таких як високошвидкісні-чашки пряжі та вузли прецизійного направляючого дроту, тим самим подовжуючи термін служби обладнання. У секторах електроніки й-обладнання високого класу мікро-окислювальні покриття забезпечують чудове електромагнітне екранування, радіаційну стійкість і захист від-випромінювання високої енергії. Їх можна-застосовувати до високоякісних електронних екрануючих панелей і захисних компонентів для точних інструментів, що робить їх придатними для екстремальних умов експлуатації, таких як висока напруга, висока температура, висока швидкість та інтенсивне випромінювання. У медичній сфері покриття з модифікованою біосумісністю-можна використовувати на ортопедичних матеріалах для імплантатів та медичних інструментах із титанового сплаву, ефективно підвищуючи стійкість до корозії та біосумісність, що має виняткову клінічну цінність.
Електронна-пошта:garychen3215@hotmail.com
Адреса: No.35, Baoti Rd, Baoji city, Shaanxi Province, China
Контактна особа: пан Гері Чен
Телефон: +86-917-8883215
Мобільний/WhatsApp: +86 13092900605
