Natur yr Haen Adwaith Arwyneb
Mae titaniwm yn adweithiol iawn ar dymheredd uchel, yn enwedig pan fydd yn agored i aer yn ystod prosesu poeth, triniaeth wres, neu gastio. Pan gaiff ei gynhesu uwchlaw tua 590-620 gradd (1100-1150 gradd F), mae titaniwm yn adweithio ag ocsigen a nitrogen i ffurfio haen arwyneb brau, wedi'i gyfoethogi ag ocsigen a elwir yncas alffa(neu haen adwaith). Mae'r haen hon fel arfer yn 50-300 μm o drwch ac wedi'i halogi ag elfennau rhyng-raniadol fel ocsigen a nitrogen, sy'n lleihau hydwythedd a gwrthiant blinder yn sylweddol. Gall cas alffa heb ei dynnu leihau bywyd blinder hyd at 50% ac felly mae'n bryder mawr ar gyfer cydrannau adeileddol a blinder-critigol.
Dulliau Tynnu Cynradd
Rhaid tynnu'r haen adwaith arwyneb yn llwyr cyn peiriannu, weldio neu wasanaeth dilynol. Mae'r dulliau trin yn perthyn i dri chategori: dulliau mecanyddol, dulliau cemegol, a dulliau electrocemegol.
1. Dulliau Mecanyddol
Sgwrio â Thywod (Chwythu Graean):Defnyddir corundum gwyn yn gyffredinol ar gyfer sgwrio â thywod arwynebau titaniwm. Rhaid rheoli'r pwysedd ffrwydro yn ofalus-yn nodweddiadol o dan 0.45 MPa-er mwyn osgoi cynhyrchu gwres gormodol. Pan fo pwysedd pigiad yn rhy uchel, mae effaith gronynnau sgraffiniol ar yr wyneb titaniwm yn cynhyrchu gwreichion dwys, gan achosi cynnydd tymheredd lleol a all adweithio â'r wyneb a chreu halogiad eilaidd. Mae hyd sgwrio â thywod o 15-30 eiliad fel arfer yn ddigon i gael gwared ar dywod gludiog, haenau wedi'u sintro ar yr wyneb, a haenau rhannol ocsid. Fodd bynnag, ni all sgwrio â thywod yn unig dynnu'r haen adwaith yn gyfan gwbl; mae'n gweithredu fel cam cyn-driniaeth cyn piclo cemegol.
Peiriannu a Malu:Mae malu neu droi manwl gywir yn cael ei gyflogi'n gyffredin i gael gwared ar yr haen achos alffa a dyfnder rheoledig o fetel sylfaen oddi tano i ddileu unrhyw barthau embrittled. Mae manylebau yn aml yn pennu isafswm dyfnder tynnu er mwyn sicrhau bod yr haen yr effeithir arni yn cael ei dileu'n llwyr. Fodd bynnag, rhaid rheoli malu yn ofalus-mae pwysau gormodol yn cynhyrchu gwres a all greu haen newydd o gas alffa. Mae'r broses malu yn gymharol araf ac yn tynnu deunydd mewn stribedi cul, yn aml yn gofyn am sawl tocyn ar draws yr wyneb cyfan.
2. Dulliau Cemegol
Piclo (Ysgythru Asid):Piclo yw'r dull mwyaf cyflym ac effeithiol i gael gwared ar yr haen adwaith arwyneb yn llwyr heb halogi'r wyneb ag elfennau eraill. Defnyddir dwy system asid yn gyffredin:
System HF{0}}HNO₃:Dyma'r ateb piclo a ffefrir. Mae'r crynodiad HF fel arfer yn 3-5%, a chrynodiad HNO₃ yw 15-30%. Mae'r HNO₃ yn gweithredu fel asiant ocsideiddio i atal diddymiad titaniwm gormodol ac amsugno hydrogen, tra hefyd yn cynhyrchu gorffeniad wyneb llachar. Mae gan y system hon gapasiti amsugno hydrogen is o gymharu â hydoddiannau HF-HCl, gan ei gwneud yn fwy diogel i'r deunydd.
HF-System HCl:Er ei bod yn effeithiol ar gyfer piclo, mae gan y system hon gapasiti amsugno hydrogen mwy, a all arwain at embrittlement hydrogen{0}}pryder difrifol i aloion titaniwm. Felly, fe'i defnyddir yn llai cyffredin mewn cymwysiadau hanfodol.
Mae'r gymhareb asid yn hollbwysig: mae hydoddiannau fel arfer yn cael eu cynnal ar gymhareb y cant cyfaint 5:1 i 10:1 o HNO₃ i HF (fel asidau stoc) i leihau codi hydrogen, yn dibynnu ar y math o aloi. Ar ôl sgwrio â thywod, gall piclo gael gwared ar yr haen adwaith arwyneb sy'n weddill o blatiau a gwiail titaniwm yn llwyr.
Melino Cemegol:Defnyddir melino cemegol ar gyfer tynnu stoc unffurf, tynnu cas alffa ar forgings, a mireinio wyneb lle nad yw peiriannu yn ymarferol. Mae'r broses yn cynnwys trochi rhannau mewn ysgythriadau cemegol rheoledig gyda chyfradd ysgythru, amser, tymheredd a chrynodiad a reolir yn dynn. Ar ôl ysgythru, mae rhannau'n cael eu niwtraleiddio a'u rinsio i atal gor-ysgythru neu dyllu. Mae'r dull hwn yn arbennig o werthfawr ar gyfer cydrannau awyrofod â geometregau cymhleth.
sgleinio cemegol:Gellir defnyddio cymysgedd o HF a HNO₃ mewn cyfrannau penodol ar gyfer caboli cemegol. Mae HF yn gweithredu fel asiant lleihau i ddiddymu metel titaniwm a lefelu'r wyneb, tra bod HNO₃ (mewn crynodiadau o dan 10%) yn chwarae rhan ocsideiddiol i atal diddymiad titaniwm gormodol ac amsugno hydrogen wrth gynhyrchu effaith ddisglair. Mae'r broses yn gofyn am grynodiad uchel, tymheredd isel, ac amseroedd caboli byr (1-2 munud). Mae'r dull hwn yn arbennig o addas ar gyfer strwythurau cymhleth fel fframweithiau dannedd gosod titaniwm, gan ei fod yn caboli pob arwyneb sydd mewn cysylltiad â'r hydoddiant waeth beth fo'u caledwch neu siâp.
3. Dulliau electrocemegol
Sgleinio electrolytig:Fe'i gelwir hefyd yn sgleinio diddymu electrocemegol neu anodig, mae'r dull hwn yn wynebu heriau gyda thitaniwm oherwydd ei ddargludedd isel a thueddiad ocsideiddio cryf. Yn gyffredinol, mae electrolytau asidig dyfrllyd confensiynol (fel HF-H₃PO₄ neu HF-H₂SO₄) yn aneffeithiol ar y cyfan oherwydd bod yr anod titaniwm yn ocsideiddio yn syth ar gais foltedd, gan atal diddymu anodig. Fodd bynnag, mae electrolytau clorid anhydrus ar foltedd isel wedi dangos effeithiau caboli da, sy'n gallu cynhyrchu gorffeniadau drych ar sbesimenau bach. Ar gyfer cydrannau cymhleth, mae angen ymchwil bellach i wneud y gorau o geometreg catod a ffurfweddau catod ychwanegol.
Cyflyru Electrocemegol Patent:Mae proses electrocemegol arloesol (a ddatblygwyd gan MetCon) yn disodli malu, peiriannu a phiclo asid traddodiadol â chamau electrocemegol colled isel. Mae'r broses hon yn defnyddio electrolyt perchnogol a chywiriad anghonfensiynol i gael gwared ar yr haen achos alffa gyda rheolaeth fanwl gywir. Yn wahanol i ddulliau mecanyddol sy'n tynnu'r holl ddeunydd i lawr i'r blaen crac dyfnaf, mae'r broses electrocemegol yn ymosod yn ffafriol ar ymylon crac, gan eu llyfnu a'u plu tra'n cadw llawer mwy o fetel swmp. Mae'r broses yn tynnu dim ond 0.5-3% o ddeunydd fesul cam cyflyru o'i gymharu â 3-7% ar gyfer dulliau confensiynol, gan wella cynnyrch cynnyrch gorffenedig 10-20% neu fwy. Mae'r dull hwn hefyd yn dileu'r gwastraff peryglus sy'n gysylltiedig â phiclo asid traddodiadol.
Dilyniant Proses a Rheoli Ansawdd
Er mwyn cael gwared ar yr haen adwaith arwyneb yn llwyr, y dilyniant proses nodweddiadol yw:
Triniaeth fecanyddol gychwynnol:Sgwrio â thywod neu falu i gael gwared ar halogiad arwyneb gros a graddfa ocsid
Diraddio cemegol:Diraddio halen alcalïaidd poeth tawdd neu driniaeth sgraffiniol ar gyfer haenau ocsid trwm
Piclo asid:Datrysiad HF-HNO₃ i gael gwared ar yr haen cas alffa yn gyfan gwbl
Gwiriad terfynol:Archwiliad gweledol a phrofi micro-galedwch i gadarnhau bod achosion alffa wedi'u tynnu'n llwyr, fel sy'n ofynnol gan fanylebau fel NASA PRC-5010 ac ASTM B600
Ystyriaethau Critigol
Brithiad hydrogen:Mae titaniwm a'i aloion yn agored i embrittlement hydrogen. Yn ystod triniaeth wres, piclo, a melino cemegol, rhaid cymryd gofal i osgoi codi hydrogen yn ormodol. Mae'r system HF-HNO₃ yn cael ei ffafrio yn union oherwydd ei bod yn lleihau amsugniad hydrogen o gymharu â systemau asid eraill.
Triniaeth Gwres Gwactod:Yn ddelfrydol, dylid cynnal triniaethau gwres terfynol ar rannau gorffenedig mewn gwactod er mwyn osgoi ffurfio cas alffa yn gyfan gwbl. Os defnyddir triniaeth wres gwactod, gellir osgoi peiriannu neu biclo ymlaen llaw. Fodd bynnag, mae glendid wyneb yn hollbwysig-gall hyd yn oed olion bysedd neu weddillion olew achosi ffurfio achosion alffa mewn atmosfferau gwactod, ac mae cloridau o gyfryngau glanhau wedi bod yn gysylltiedig â chracio cyrydiad straen titaniwm.
Canfod Metelograffig:Er mwyn sicrhau ansawdd, mae adweithydd Kroll (1-3% asid hydrofluorig ynghyd â 2-6% asid nitrig mewn dŵr) yn cael ei ddefnyddio'n gyffredin i ddatgelu microstrwythur cyffredinol. Ar gyfer canfod achosion alffa, mae etch Kroll yn cael ei ddilyn gan hydoddiant amoniwm deufflworid sy'n staenio'r sampl gyfan ac eithrio unrhyw gas alffa, gan wneud yr haen frau yn amlwg i'w harchwilio.
