¿Cómo controlar la oxidación superficial de las piezas forjadas de aleación de titanio?

El titanio es muy fácil de oxidar durante el forjado en caliente, formando una capa fragilizante que provoca grietas y dificultades de procesamiento. Eso reduce significativamente el rendimiento de las piezas forjadas. Los procesos eficaces de prevención de la oxidación son fundamentales para mejorar la confiabilidad y la economía deForjas de aleación de titanio.

 

(I) Mecanismo de formación de la capa de óxido

La superficie reacciona con el oxígeno en el horno para formar una película de óxido de tres-capas durante el forjado en caliente.

La película de óxido de tres-capas: una capa exterior suelta de TiO₂, una capa intermedia de TiO-fase mixta de Ti₃O y una capa de fragilización de fase -enriquecida con oxígeno-interno.

La fase -es el factor clave que determina el fallo de la forja y su espesor aumenta exponencialmente con el aumento de temperatura.

 

(II) Factores clave que influyen
Temperatura y tiempo: la tasa de oxidación aumenta en un 30% por cada aumento de temperatura de 100 grados.

Tipo de aleación: -las aleaciones de titanio sufren una oxidación significativa a 600 grados, mientras que -las aleaciones de titanio solo forman una capa de óxido obvia a temperaturas superiores a 980 grados.

Atmósfera Ambiente: La concentración de oxígeno en el horno determina la tasa de oxidación. La protección con nitrógeno puede reducir la tasa y la protección con gas inerte ofrece mejores resultados.

 

Forjas de titanio en Ruihang

 

(I) Tecnología de protección de la atmósfera
Protección de gas inerte: introduzca continuamente argón o helio de alta-pureza (pureza mayor o igual al 99,99 %), reduciendo la tasa de oxidación en más de un 60 %. Mitsubishi Electric utiliza protección de argón para estabilizar el espesor de la capa de óxido en 0,1-0,3 mm, con una tasa de calificación del 98%.

Control del entorno de vacío: un grado de vacío mayor o igual a 10⁻³Pa puede aislar completamente el oxígeno, lo que es adecuado para componentes clave de alta-precisión, pero el costo del equipo es relativamente alto.

Calentamiento de material suelto: el calentamiento del medio granular permite una mayor eficiencia de transferencia de calor, acortando el tiempo de exposición a altas-temperaturas e inhibiendo la oxidación de la fuente.

 

(II) Optimización de los parámetros del proceso
Control de temperatura por etapas: controle la temperatura de calentamiento a 20-50 grados por debajo de la temperatura transus para reducir el espesamiento de la capa de óxido.

Gestión precisa del tiempo: optimice la ruta de deformación mediante simulación numérica para acortar el tiempo de residencia ineficaz en la zona de alta-temperatura.

Estrategia de enfriamiento: adopte un enfriamiento por etapas para evitar la oxidación a alta temperatura-posterior a la forja y reducir el riesgo de desprendimiento de la capa de óxido.

 

(III) Protección de modificación de superficies

 

Tipo de proceso	Parámetros técnicos	Ventajas principales	Escenarios de aplicación
Tratamiento de pre-oxidación	Forme una película densa de óxido a 300-400 grados.	La tasa de aumento de peso por oxidación se redujo en un 20 % a 500 grados	Componentes del servicio de temperatura media-
Oxidación anódica	Voltaje 20-60 V, electrolito H₂SO₄	La resistencia a la corrosión aumentó en un 50 %, espesor de película de 10 a 30 μm	Implantes médicos, componentes electrónicos.
Oxidación por micro-arco (MAO)	Electrólisis de alto voltaje-a 300-600 V, capa compuesta de TiO₂/Al₂O₃	Resistencia a la temperatura >500 grados, resistencia al desgaste y a la cavitación	Palas de motores aero-y válvulas marinas
Difusión compuesta de B+(B-Al)	Inclusión de polvo sólido, tratamiento isotérmico a 800 grados.	Tasa de aumento de peso por oxidación reducida en un 83,5%, dureza 1800HV	Componentes Gr5 en condiciones de trabajo de alta-temperatura

 

Nota: La tecnología de difusión compuesta de B+(B-Al) adopta un mecanismo sinérgico de barrera de la capa externa de TiB₂ + autoprotección de la capa interna de Al₃Ti, lo que resulta en un aumento de peso de solo 7,24 g/m² para la aleación Gr5 después de la oxidación a 800 grados durante 100 horas.

 

(IV) Sistema de protección compuesto
El proceso combinado de "pre-oxidación + revestimiento de esmalte de vidrio + protección con argón" puede mejorar simultáneamente la calidad y la plasticidad de la superficie. Los experimentos muestran que las piezas forjadas de aleación de titanio BT3-1 tratadas con esta combinación tienen una superficie lisa sin defectos de escamas de pescado y la eficiencia de limpieza posterior aumenta en un 40%.

 

(I) Métodos de detección de la capa de óxido
Análisis microscópico: observe la estructura de la capa de óxido mediante microscopía electrónica de barrido (SEM) con una precisión de medición del espesor de 0,1 μm;

Detección de composición: Utilice análisis espectral para determinar el grado de contaminación por nitrógeno e hidrógeno, evitando riesgos de fragilización;

Evaluación de rendimiento: Pruebe la estabilidad de la película de óxido mediante espectroscopia de impedancia electroquímica (EIS), adecuada para implantes médicos.

(II) Procesos de limpieza de la capa de óxido
Limpieza mecánica: el chorro de arena puede eliminar entre 0,13 y 0,76 mm de incrustaciones de óxido, lo que requiere una tasa de cobertura superior o igual al 200 % para evitar daños al sustrato;

Decapado químico: una solución mixta de ácido nítrico y ácido fluorhídrico elimina la -capa de carcasa con una velocidad de limpieza de 0,03 mm/min, eliminando 0,25-0,38 mm de la capa superficial en un solo tratamiento;

Tecnologías de reparación: el revestimiento láser repara defectos por picaduras a un costo de solo el 25 % de las piezas nuevas; El nuevo recubrimiento de PVD repara la espaladura del recubrimiento, con una adhesión que cumple con los estándares ASTM D3359.

 

(I) Campo Aeroespacial
Componentes: palas de compresor de motor de aleación de titanio Gr5, tren de aterrizaje;

Proceso: capa cerámica MAO + granallado, calentamiento a un grado de vacío de 10⁻³Pa;

Efecto: Espesor de la capa de óxido menor o igual a 0,2 mm, la resistencia a la fatiga aumentó en un 30%, la integridad del recubrimiento se inspeccionó cada 500 horas de vuelo.

 

(II) Campo Médico
Componentes: Articulaciones artificiales, placas óseas;
Proceso: Electropulido+oxidación anódica;
Efecto: La biocompatibilidad cumple con los estándares, tasa de retención de impedancia de la película de óxido >80% 2 años después de la cirugía.

 

(III) Campo de la industria química

Componentes: Paletas agitadoras del reactor, bridas;
Proceso: Pasivación química + recubrimiento de PTFE;
Efecto: Resistencia a la corrosión mejorada, tasa de corrosión anual menor o igual a 0,1 mm.

 

Ruihang está especializado en I+D, producción y venta de productos de titanio y aleaciones de titanio de alta-calidad, incluidos forjados, tubos, anillos, barras, placas y otros productos de titanio, etc. Para obtener más detalles, contáctenos por correo electrónico:Sam.Rui@bjrh-titanium.com