Površinska obrada titanijske ploče: dekapiranje, elektropoliranje i eloksiranje prema ASTM B265

Ploča od komercijalno čistog titana i ploča od legure izlaze iz mlina s površinom koja je samo napola dovršena. Vruće valjanje, alfa kućište-obogaćeno kisikom, željezo pokupljeno iz alata i zaostala maziva za oblikovanje, svi se nalaze na vrhu metala, a svaki od njih mijenja način na koji se ploča ponaša tijekom rada. Površinska obrada uklanja te slojeve i, tamo gdje je to potrebno, ponovno gradi kontrolirani oksid s definiranom debljinom i bojom. Ovdje opisane metode primjenjuju se na ploče debljine od 0,5 mm do 100 mm isporučene prema ASTM B265 ili odgovarajućim oznakama GB/T 3621.

Što površinska obrada zapravo mijenja

Tri svojstva se konstruiraju u isto vrijeme: hrapavost, površinska kemija i oksidno stanje.

Hrapavost:sjedišta brtvila, površine za brtvljenje i vakuumske površine obično trebaju Ra od 0,4 do 1,6 mikrometara, dok usluga abrazije ili ne-reflektivni zahtjevi mogu zahtijevati pjeskarenu završnu obradu.

Kemija:uklanjanje ugrađenih mrlja od željeza, bakra i-nisko tališta eliminira galvanska mjesta; uklanjanjem alfa kućišta vraća se duktilnost i čvrstoća na zamor.

Oksid:eloksiranje ili toplinska oksidacija zgušnjava prirodni pasivni film od 2 do 10 nm u barijeru od 20 do 200 nm.

Vodik je skrivena varijabla. Svaki kiselinski ili elektrokemijski korak može dovesti vodik u rešetku, a ASTM B265 ograničava vodik na 0,015 wt% za stupnjeve od 1 do 4. Kupke za kiseljenje se stoga moraju kontrolirati omjerom kiseline, temperaturom i vremenom uranjanja umjesto da se rade na fiksnom satu, a vodik treba ponovno -provjeriti nakon svakog duljeg uranjanja.

Mehaničke metode: brušenje, pjeskarenje i poliranje

Mehanički rad je prva faza za uklanjanje kamenca i izravnavanje ploče. Brušenje trakom s abrazivom od cirkonijevog oksida ili aluminijevog oksida, praćeno postupno finijim zrnom, dovodi ravnost i hrapavost pod kontrolu. Pjeskarenje glinicom ili granatom daje jednoliku mat površinu i često se koristi prije lijepljenja ljepilom, jer kutni profil daje mehanički ključ.

Dva pravila sprječavaju kontaminaciju. Prvo, nikada ne pjeskarite titan čeličnim zrncima ili abrazivima koji su prethodno korišteni na ugljičnom čeliku; čestice željeza prenesene na površinu stvaraju korozijske jame i mogu se odbaciti na implantatima i u zrakoplovnim radovima. Drugo, držite titanski alat, četke i pribor odvojene od područja od nehrđajućeg i ugljičnog čelika i odmastite ih prije bilo kakvog abrazivnog koraka kako se pijesak ne bi utisnuo u uljne filmove.

Poliranje zrcala sastoji se od više{0}}faza: 320 do 400 grita, zatim 600 do 800 grita, zatim glinica ili koloidni silicijev dioksid na mekanoj podlozi. Za tanku ploču, pritisak i toplina stvoreni na površini moraju biti ograničeni, jer hladna obrada povećava čvrstoću i smanjuje rastezljivost u plitkom sloju.

Kemijske metode: dekapiranje, pasiviranje i elektropoliranje

Kiseljenje uklanja kamenac i alfa slučaj. Standardna kupka je mješavina dušične i fluorovodične kiseline, obično 20 do 45 vol% dušične kiseline s 1 do 5 vol% fluorovodične kiseline, koja radi između sobne temperature i oko 60 stupnjeva Celzijusa. Dušična kiselina pasivizira i potiskuje unos vodika; fluorovodična kiselina otapa oksid i metal ispod njega. Bez dušične komponente kupka agresivno napada metal i brzo raste apsorpcija vodika.

Nakon kiseljenja, ploča se ispire u deioniziranoj vodi i pasivizira u otopini dušične kiseline, što je praksa opisana u ASTM B600 za uklanjanje kamenca i čišćenje i u ASTM F86 za kirurške implantate. Svijetla, jednolika svijetlo-siva površina ukazuje na ispravno kiseljenje; zamrljana siva ili crna površina ukazuje ili na iscrpljenu kupku ili na nepotpuno uklanjanje kamenca i mora se ponovno -tretirati, a ne brusiti.

Elektropoliranje uklanja ion po ion metala u kiselom elektrolitu pod istosmjernom strujom. Izglađuje mikro-vrhove, ne ostavlja mehanički hladni rad i proizvodi površinu koja lako otpušta onečišćenje, zbog čega je uobičajen na farmaceutskim, poluvodičkim i ultra-visoki-vakuumskim komponentama. Površinska obrada od Ra 0,2 do 0,4 mikrometra je moguća na dobro pripremljenoj ploči.

Anodizacija i toplinska oksidacija

Anodiziranjem oksid raste anodno. Boje interferencije ovise o naponu formiranja: otprilike 20 V daje brončanu, 30 V plavu, 60 do 70 V zlatnu i 80 V ili više ljubičastu. Anodne prevlake tipa II su dekorativne i blago otporne na trošenje, dok su prevlake tipa III formirane pri višem naponu deblje i koriste se za otpornost na habanje i habanje; obrada je obuhvaćena AMS 2488. Anodizirane površine su električno ne-vodljive, pa je maskiranje potrebno gdje god je potreban električni kontinuitet ili zavarivanje.

Toplinska oksidacija se provodi na zraku ili u kontroliranoj atmosferi na 400 do 700 stupnjeva Celzijusa. Proizvodi čvrst, prianjajući oksid koji poboljšava otpornost na habanje, ali gubi rastezljivost ako se pretjera, jer kisik difundira u metal i ponovno -stvara alfa kućište. Vrijeme i temperatura moraju biti usklađeni s debljinom, a ploča se obično sporo hladi kako bi se izbjeglo izobličenje.

Odabir prave rute

Uobičajene pogreške i kako ih otkriti

Prejako brušenje na tankoj ploči, što lokalno povećava tvrdoću i uzrokuje pucanje tijekom oblikovanja.

Ostavljanje kiseline za dekapiranje u slijepim rupama i preklopnim spojevima, gdje nastavlja jetkati i na kraju uzrokuje vodikovo pucanje.

Korištenje istog kabineta za pjeskarenje za čelik i titan, koji prenosi željezo i proizvodi mrlje-poput hrđe u mokroj upotrebi.

Anodiziranje površine koja će kasnije biti zavarena, čime se u bazen za zavarivanje unosi onečišćenje -bogato kisikom.

Ocjenjivanje dekapirane površine samo prema boji; hrapavost i sadržaj vodika moraju se mjeriti, a ne pretpostavljati.

FAQ

P: Mogu li ukloniti kamenac s titan ploče samim mljevenjem?
Mljevenjem se uklanja vidljivi kamenac, ali rijetko se uklanja puni alfa sloj jer se sloj-obogaćen kisikom proteže desecima mikrometara ispod površine. Dekapiranje ili kombinacija mljevenja i dekapiranje potrebna je kada su rastezljivost i izdržljivost važni.

P: Koja se smjesa kiseline koristi za kiseljenje titana?
Kupka dušične i fluorovodične kiseline, obično 20 do 45 vol% dušične kiseline s 1 do 5 vol% fluorovodične kiseline. Dušična kiselina ograničava sakupljanje vodika, a kupka se kontrolira titracijom i temperaturom, a ne fiksnim vremenom uranjanja.

P: Mijenja li eloksiranje dimenzije ploče?
Samo marginalno. Premaz tipa II debeo je nekoliko desetaka nanometara do djelića mikrometra, tako da je promjena dimenzija obično unutar normalne tolerancije strojne obrade, ali treba uzeti u obzir premaze tipa III na dijelovima s-tolerancijom.

P: Zašto pjeskarena titanijska površina ponekad ostavlja mrlje u morskoj vodi?
Obojanje obično znači da je kontaminacija željezom ili čelikom ispucana na površinu. Koristite samo abraziv od aluminijevog oksida ili granata rezerviran za titan i pasivirajte površinu nakon pjeskarenja.

P: Je li vodik problem nakon kiseljenja?
Može biti. ASTM B265 dopušta najviše 0,015 wt% vodika u stupnjevima 1 do 4, tako da dugo uranjanje, visoka temperatura ili kupka s nedovoljno dušične kiseline mogu gurnuti ploču izvan specifikacije. Provjerite vodik nakon jakog kiseljenja ili ponovljenog ponovnog -lukiranja.

P: Koja je površinska obrada najbolja za ploču izmjenjivača topline?
Obično se preferira dekapirana i pasivirana završna obrada. Čist je, ujednačen i bez ugrađene kontaminacije, što pomaže da se pasivni film brzo reformira nakon čišćenja i smanjuje rizik od korozije ispod-naslaga.