Tratamiento de superficie de barra de titanio: resistencia a la corrosión y al desgaste

barras de titanio Se utilizan ampliamente en componentes estructurales, piezas de transmisión, dispositivos de implantes y otros campos. Sin embargo, su baja dureza superficial y su escasa resistencia al desgaste, junto con la susceptibilidad a la corrosión por picaduras y grietas en entornos hostiles. El tratamiento de la superficie puede mejorar su resistencia a la corrosión y al desgaste, permitiendo la personalización del rendimiento.

 

 

 

1.1 Tratamiento Mecánico

Modifica la superficie de las barras de titanio mediante efectos físicos, sin reactivos químicos, procesos simples y bajos costos.

El pulido mecánico puede lograr un acabado de espejo con una rugosidad superficial Ra < 0,01 μm mediante un pulido paso a paso.

El chorro de arena elimina las capas de óxido y los contaminantes mediante el impacto de partículas de arena de alta-velocidad, formando una superficie rugosa con Ra 2–5 μm para mejorar la fuerza de unión.

 

1.2 Tratamiento químico

Regula el estado de la superficie, elimina impurezas y optimiza la planitud mediante la reacción entre los reactivos químicos y la superficie de la barra de titanio, sentando las bases para el fortalecimiento posterior.

El pulido químico utiliza soluciones ácidas o alcalinas débiles para mejorar el acabado de la superficie y requiere sellado con silano.

La purificación del decapado adopta una solución mixta de ácido fluorhídrico-ácido nítrico para eliminar incrustaciones de óxido e impurezas.

La oxidación atmosférica puede espesar la película de óxido a altas temperaturas para mejorar la resistencia a la corrosión.

 

 

2.1 Tratamiento Electroquímico

Forma una densa película de óxido sobre la superficie de la barra de titanio mediante electrólisis, que tiene resistencia a la corrosión y al desgaste con procesos controlables.

La anodización aplica un voltaje de 10 a 200 V en un electrolito de ácido sulfúrico para preparar una película de TiO₂ con un espesor de 1 a 30 μm, lo que mejora la resistencia al desgaste, la resistencia a la corrosión y la biocompatibilidad; El ajuste de los parámetros del proceso puede preparar matrices porosas de nanotubos de TiO₂ para fotocatálisis y campos de sensores.

La oxidación por micro-arco, una tecnología de anodización mejorada, aplica un alto voltaje de 300 a 600 V para formar una capa de óxido de grado cerámico-con una dureza de HV 1500+ y resistencia a altas temperaturas superiores a 800 grados, además de un buen rendimiento de aislamiento.

 

2.2 Modificación del tratamiento térmico

Forma una capa de aleación dura en la superficie de la barra de titanio mediante difusión de elementos de plasma o alta temperatura, lo que mejora la dureza, la resistencia al desgaste y la corrosión.

La nitruración es la tecnología más utilizada, que puede formar una capa de TiN/Ti₂N con un espesor de 5 a 20 μm y una dureza de HV 2000, lo que reduce el coeficiente de fricción en un 60 %, y se utiliza principalmente para piezas de transmisión de carga alta-; La nitrooxidación por plasma forma una capa compuesta con mejor rendimiento y pequeña deformación.

La carburación forma una capa de TiC con un espesor de 2 a 10 μm y resistencia a altas temperaturas de hasta 800 grados; La boruración tiene alta dureza pero procesos complejos.

 

2.3 Tecnologías de revestimiento y compuestos

Puede preparar recubrimientos funcionales en la superficie de la barra de titanio para personalizar la resistencia a la corrosión y al desgaste, lo cual es un medio importante para fortalecer la superficie de las barras de titanio.

Se utilizan revestimientos lubricantes y anti{0}}para reducir la fricción: los revestimientos de emulsión de grafito forman una película lubricante de 1 a 5 μm, que resiste la oxidación y reduce la pérdida de procesamiento en más de un 30 %; Los recubrimientos de fluorofosfato tienen un coeficiente de fricción tan bajo como 0,1.

Recubrimientos funcionales-de alta gama: los recubrimientos biocerámicos (HA) se utilizan en implantes ortopédicos para promover la osteointegración; Los recubrimientos DLC tienen una dureza de HV 3000–5000 y un coeficiente de fricción de 0,05; los revestimientos de metales preciosos tienen buena resistencia a la corrosión, pero son propensos a desconcharse y tienen un costo elevado; El nano-níquel y la plata galvanizados pueden mejorar la resistencia al desgaste y el rendimiento anti-antiagarrotamiento, resolviendo el problema del "agarrotamiento" de las palas aeroespaciales.

 

 

3.1 Tratamiento de superficies con láser

Modifica la superficie de la barra de titanio con un láser de alta-energía, que presenta alta velocidad, alta precisión y poco impacto en la matriz, y puede mejorar simultáneamente la resistencia al desgaste y a la corrosión.

El revestimiento láser utiliza polvo de titanio Gr5 para preparar una capa de aleación de 0,5 a 2 mm, lo que mejora 5 veces la resistencia al desgaste y es adecuada para condiciones de trabajo-de trabajo pesado.

La aleación de superficies con láser puede infiltrar nitrógeno y carbono para formar una capa de gradiente con HV 1000–2000.

El procesamiento del titanio coloreado con láser combinado con la anodización tiene en cuenta la protección y la decoración.

 

3.2 Tecnología de implantación de iones

Inyecta nitrógeno, oxígeno, carbono y otros iones en la superficie de la barra de titanio con una profundidad de 0,1 a 1 μm, lo que puede aumentar la dureza 3 veces y reducir la densidad de la corriente de corrosión en dos órdenes de magnitud. Esta tecnología no cambia el rendimiento de la matriz y logra un fortalecimiento a nanoescala.

La implantación de iones de metales preciosos puede lograr una mejor resistencia a la corrosión, pero es costosa y aún está bajo investigación.

 

3.3 Tecnología de modificación de compuestos

El tratamiento de una sola superficie es difícil de cumplir con condiciones de trabajo complejas y la combinación de múltiples tecnologías se ha convertido en la corriente principal. La combinación de anodización y pulverización catódica con magnetrón puede preparar recubrimientos antibacterianos de TiO₂/Ag con una tasa antibacteriana de >99%, adecuados para implantes y dispositivos médicos; La combinación de nitrooxidación por plasma y revestimiento láser tiene en cuenta la resistencia a la corrosión y la resistencia al desgaste-de alta resistencia.

 

 

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