Bagaimana Mengontrol Oksidasi Permukaan Tempa Paduan Titanium?

Titanium sangat mudah teroksidasi selama penempaan panas, membentuk lapisan penggetasan yang menyebabkan retak dan kesulitan pemrosesan. Hal ini secara signifikan mengurangi kinerja tempa. Proses pencegahan oksidasi yang efektif sangat penting untuk meningkatkan keandalan dan keekonomiantempa paduan titanium.

 

(I) Mekanisme Pembentukan Lapisan Oksida

Permukaan bereaksi dengan oksigen dalam tungku untuk membentuk lapisan oksida tiga-selama penempaan panas.

Film oksida tiga-lapisan: lapisan luar TiO₂ yang longgar, lapisan tengah fase campuran TiO-Ti₃O, dan lapisan penggetasan fase-yang diperkaya oksigen-dalam.

Fase -adalah faktor kunci yang menentukan kegagalan penempaan, dan ketebalannya meningkat secara eksponensial seiring kenaikan suhu.

 

(II) Faktor-Faktor Utama yang Mempengaruhi
Suhu dan Waktu: Laju oksidasi meningkat sebesar 30% untuk setiap kenaikan suhu 100 derajat

Jenis Paduan: -paduan titanium mengalami oksidasi signifikan pada suhu 600 derajat, sedangkan -paduan titanium hanya membentuk lapisan oksida yang jelas pada suhu di atas 980 derajat.

Lingkungan Suasana: Konsentrasi oksigen dalam tungku menentukan laju oksidasi. Perlindungan nitrogen dapat mengurangi laju, dan perlindungan gas inert memberikan hasil yang lebih baik.

 

Penempaan titanium di Ruihang

 

(I) Teknologi Perlindungan Suasana
Perlindungan Gas Inert: Terus masukkan argon atau helium dengan kemurnian tinggi (kemurnian lebih besar dari atau sama dengan 99,99%), yang mengurangi laju oksidasi lebih dari 60%. Mitsubishi Electric menggunakan proteksi argon untuk menstabilkan ketebalan lapisan oksida pada 0,1-0,3 mm, dengan tingkat kualifikasi 98%.

Kontrol Lingkungan Vakum: Tingkat vakum yang lebih besar dari atau sama dengan 10⁻³Pa dapat mengisolasi oksigen sepenuhnya, cocok untuk-komponen utama berpresisi tinggi, namun biaya peralatannya relatif tinggi.

Pemanasan Material Lepas: Pemanasan medium granular memungkinkan efisiensi perpindahan panas yang lebih tinggi, mempersingkat waktu paparan suhu tinggi dan menghambat oksidasi dari sumbernya.

 

(II) Optimasi Parameter Proses
Kontrol Suhu Bertahap: Kontrol suhu pemanasan pada 20-50 derajat di bawah suhu -transus untuk mengurangi penebalan lapisan oksida.

Manajemen Waktu yang Tepat: Optimalkan jalur deformasi melalui simulasi numerik untuk mempersingkat waktu tinggal yang tidak efektif di zona-suhu tinggi.

Strategi Pendinginan: Gunakan pendinginan bertahap untuk menghindari oksidasi-suhu-suhu tinggi pasca penempaan dan mengurangi risiko pengelupasan lapisan oksida.

 

(III) Perlindungan Modifikasi Permukaan

 

Jenis Proses	Parameter Teknis	Keuntungan Inti	Skenario Aplikasi
Perawatan Pra{0}}oksidasi	Bentuk film oksida padat pada suhu 300-400 derajat	Tingkat penambahan berat oksidasi berkurang 20% ​​pada 500 derajat	Komponen layanan-suhu sedang
Oksidasi Anodik	Tegangan 20-60V, elektrolit H₂SO₄	Ketahanan korosi meningkat 50%, ketebalan film 10-30μm	Implan medis, komponen elektronik
Oksidasi-busur Mikro (MAO)	Elektrolisis-tegangan tinggi pada 300-600V, lapisan komposit TiO₂/Al₂O₃	Ketahanan suhu ＞ 500 derajat, ketahanan aus dan kavitasi	Aero-bilah mesin, katup laut
Difusi Komposit B+(B-Al).	Penyematan bubuk padat, perlakuan isotermal pada 800 derajat	Laju penambahan berat oksidasi berkurang 83,5%, kekerasan 1800HV	Komponen Gr5 dalam-kondisi kerja suhu tinggi

 

Catatan: Teknologi difusi komposit B+(B-Al) mengadopsi mekanisme sinergis dari penghalang lapisan luar TiB₂ + perlindungan diri lapisan dalam Al₃Ti, menghasilkan penambahan berat hanya 7,24 g/m² untuk paduan Gr5 setelah oksidasi pada suhu 800 derajat selama 100 jam.

 

(IV) Sistem Proteksi Komposit
Proses gabungan "pra-oksidasi + lapisan enamel kaca + perlindungan argon" secara bersamaan dapat meningkatkan kualitas dan plastisitas permukaan. Eksperimen menunjukkan bahwa tempa paduan titanium BT3-1 yang diolah dengan kombinasi ini memiliki permukaan halus tanpa cacat sisik ikan, dan efisiensi pembersihan selanjutnya meningkat sebesar 40%.

 

(I) Metode Deteksi Lapisan Oksida
Analisis Mikroskopis: Amati struktur lapisan oksida menggunakan Scanning Electron Microscopy (SEM) dengan akurasi pengukuran ketebalan 0,1μm;

Deteksi Komposisi: Gunakan analisis spektral untuk menentukan tingkat kontaminasi nitrogen dan hidrogen, menghindari risiko penggetasan;

Evaluasi Kinerja: Uji stabilitas film oksida menggunakan Spektroskopi Impedansi Elektrokimia (EIS), yang cocok untuk implan medis.

(II) Proses Pembersihan Lapisan Oksida
Pembersihan Mekanis: Sandblasting dapat menghilangkan kerak oksida 0,13-0,76 mm, memerlukan tingkat cakupan lebih besar dari atau sama dengan 200% untuk menghindari kerusakan media;

Pengawetan Kimia: Larutan campuran asam nitrat dan asam fluorida menghilangkan -lapisan kasus dengan kecepatan pembersihan 0,03 mm/menit, menghilangkan 0,25-0,38 mm lapisan permukaan dalam satu kali perawatan;

Teknologi Perbaikan: Perbaikan kelongsong laser pada lubang cacat dengan biaya hanya 25% untuk suku cadang baru; Pelapisan ulang PVD memperbaiki spallasi lapisan, dengan daya rekat yang memenuhi standar ASTM D3359.

 

(I) Lapangan Dirgantara
Komponen: bilah kompresor mesin paduan titanium Gr5, roda pendaratan;

Proses: Lapisan keramik MAO + shot peening, pemanasan pada tingkat vakum 10⁻³Pa;

Efek: Ketebalan lapisan oksida Kurang dari atau sama dengan 0,2 mm, ketahanan lelah meningkat sebesar 30%, integritas lapisan diperiksa setiap 500 jam terbang.

 

(II) Bidang Kedokteran
Komponen: Sambungan buatan, pelat tulang;
Proses: Elektropolishing+ oksidasi anodik;
Efek: Biokompatibilitas memenuhi standar, tingkat retensi impedansi film oksida ＞80% 2 tahun setelah operasi.

 

(III) Bidang Industri Kimia

Komponen: Dayung pengaduk reaktor, flensa;
Proses: Pasivasi kimia + lapisan PTFE;
Efek: Ketahanan korosi meningkat, laju korosi tahunan Kurang dari atau sama dengan 0,1 mm.

 

Ruihang mengkhususkan diri dalam penelitian dan pengembangan, produksi dan penjualan produk titanium dan paduan titanium berkualitas tinggi, termasuk tempa, pipa, cincin, batangan, pelat, dan produk titanium lainnya, dll. Untuk detail lebih lanjut, silakan hubungi kami melalui Email:Sam.Rui@bjrh-titanium.com