สิ่งที่การเคลือบต้องทำบนไทเทเนียม
ไทเทเนียมต้านทานการกัดกร่อนผ่านฟิล์มพาสซีฟออกไซด์ แต่ฟิล์มชนิดเดียวกันนี้ทำให้โลหะมีแนวโน้มที่จะเกิดการครูดและการสึกหรอจากการยึดเกาะ และไม่ได้ป้องกันการเกิดออกซิเดชันที่อุณหภูมิสูง การเคลือบทางวิศวกรรมถูกนำมาใช้ด้วยเหตุผลสามประการ: เพื่อลดแรงเสียดทานและการสึกหรอ เพื่อขยายอุณหภูมิการใช้งานเกินกว่าประมาณ 500 องศา ซึ่งออกไซด์จะเติบโตอย่างรวดเร็ว และเพื่อเป็นอุปสรรคในสภาพแวดล้อมของคลอไรด์หรือกรดที่ฟิล์มธรรมชาติเกิดความเครียด
น้ำหนักและความแข็งแรงยังคงอยู่เนื่องจากการเคลือบผิวมีความหนาเพียงไม่กี่ไมโครเมตรถึงไม่กี่ร้อยไมโครเมตร ดังนั้นชิ้นส่วนไทเทเนียมที่ถูกแทนที่ด้วยชิ้นส่วนไทเทเนียมที่เคลือบแล้วจึงไม่สูญเสียข้อได้เปรียบด้านมวล 40% ที่ยึดเกาะเหนือเหล็ก
การเตรียมพื้นผิวก่อนการเคลือบใดๆ
การยึดเกาะบนไททาเนียมจะถูกตัดสินก่อนที่จะปิดห้องเคลือบ ชั้นผิวที่มีตะกรันและออกซิเจน-เข้มข้นจะถูกกำจัดออกโดยการระเบิด การตัดเฉือน หรือการดอง ตามแนวทางปฏิบัติ เช่น ASTM B600 สำหรับการขจัดตะกรันและการทำความสะอาดไทเทเนียม จากนั้น พื้นผิวจะถูกล้างไขมัน เปิดใช้งาน และรักษาให้ปราศจากการปนเปื้อนของเหล็กจากแปรงเหล็ก ชั้นวาง หรือเครื่องมือ เนื่องจากเหล็กที่ฝังอยู่จะสร้างเซลล์กัลวานิกที่จะทำลายชั้นที่ใช้งานอยู่
สำหรับส่วนประกอบทางการแพทย์และการปลูกถ่าย การเตรียมและการทำความสะอาดเป็นไปตาม ASTM F86 ซึ่งกำหนดลำดับของการสร้างฟิล์มและการจัดการที่จำเป็น เพื่อไม่ให้พื้นผิวเสื่อมสภาพหลังการรักษาขั้นสุดท้าย ส่วนประกอบต่างๆ จะถูกทำให้แห้งและถ่ายโอนไปยังกระบวนการเคลือบโดยไม่มีรอยนิ้วมือ เนื่องจากพื้นผิวที่ปนเปื้อนจะทำให้เกิดพุพองเฉพาะจุดแทนที่จะเป็นชั้นที่สม่ำเสมอ
กลุ่มการเคลือบและตำแหน่งที่แต่ละกลุ่มเหมาะสม
| ตระกูล | ความหนาทั่วไป | การทำงาน |
|---|---|---|
| อโนไดซ์ออกไซด์ | 1 – 30 µm | ความต้านทานการสึกหรอ รหัสสี อุปสรรคการกัดกร่อนเล็กน้อย |
| ชั้น PVD ไนไตรด์ | 1 – 5 µm | พื้นผิวสึกหรอแข็งบนอุปกรณ์และตัวยึด |
| สเปรย์ความร้อนคาร์ไบด์และออกไซด์ | 50 – 500 µm | ทนต่อการขัดถูและแผงกั้นความร้อนบนชิ้นส่วนขนาดใหญ่ |
| พลาสม่าอิเล็กโทรไลต์ออกไซด์ | 5 – 40 µm | ชั้นเซรามิกแข็งสำหรับการสัมผัสโหลดสูง |
อโนไดซ์ถูกควบคุมผ่านอิเล็กโทรไลต์ ความหนาแน่นและเวลาในปัจจุบัน และสภาวะของชั้นถูกกำหนดไว้ภายใต้ AMS 2488 ซึ่งกำหนดประเภทการเคลือบและการทดสอบการยอมรับมากกว่าความหนาคงที่เพียงค่าเดียว ชั้นไนไตรด์ที่สะสมโดยการสะสมของไอทางกายภาพจะมีความแข็งระดับไมโครในช่วง 2000 ถึง 3200 HV ขึ้นอยู่กับองค์ประกอบ และชั้นคาร์ไบด์ที่พ่นด้วยความร้อนมักจะให้ 1,000 ถึง 1300 HV ที่ความหนาที่มากกว่ามาก ซึ่งเหมาะกับชิ้นส่วนที่ต้องต้านทานการเสียดสีหยาบมากกว่าการสึกหรอแบบเลื่อนละเอียด
ประมวลผลหน้าต่างและการควบคุมการยึดเกาะ
อุณหภูมิการสะสมจะคงอยู่ต่ำกว่าระดับการดูดซึมออกซิเจนและไนโตรเจนที่มีนัยสำคัญ หรือขั้นตอนจัดให้มีการกำจัดชั้นที่ได้รับผลกระทบในภายหลัง
มีการตรวจสอบคุณภาพสุญญากาศและความสะอาดของเป้าหมาย เนื่องจากออกซิเจนที่ตกค้างในห้องเพาะเลี้ยงจะเปลี่ยนปริมาณสัมพันธ์ของชั้นไนไตรด์
การกัดแบบพื้นผิวและการกัดด้วยไอออนก่อนการสะสมจะช่วยเพิ่มการยึดเกาะได้อย่างน่าเชื่อถือมากกว่าการเพิ่มความหนาของชั้นเคลือบ
ขอบที่แหลมคมและรูบอดลึกจะบิดเบือนการกระจายของความหนา และควรใช้รัศมีหรือปิดบังก่อนการรักษา
การดูดซึมไฮโดรเจนจะลดลงโดยการรักษาไม่ให้สัมผัสกับกรด และหลีกเลี่ยงขั้นตอนการดองใดๆ ที่สร้างไฮโดรเจนอิสระบนชิ้นส่วนที่มีความแข็งแรงสูง
เกณฑ์การตรวจสอบและการยอมรับ
ความหนาของชั้นได้รับการตรวจสอบโดยเกจแม่เหล็กหรือกระแสไหลวนที่ปรับเทียบแล้วบนคูปองที่เคลือบจากรอบเดียวกัน หนุนด้วยการวัดภาคตัดขวาง- การยึดเกาะจะถูกตรวจสอบโดยวิธีการโค้งงอ รอยขีดข่วน หรือการเยื้องที่เหมาะสมกับชั้น และยืนยันความแข็งโดยการทดสอบความแข็งระดับไมโครบนส่วนที่ขัดเงา แสดงให้เห็นประสิทธิภาพการกัดกร่อนตามที่ต้องการด้วยสเปรย์เกลือที่เป็นกลางตามมาตรฐาน ISO 9227 และการตรวจสอบด้วยภาพช่วยยืนยันความสม่ำเสมอของสีและความครอบคลุม โดยเฉพาะอย่างยิ่งบนชิ้นส่วนที่ชุบอโนไดซ์ซึ่งสีขึ้นอยู่กับความหนาของชั้น
ข้อผิดพลาดที่เกิดขึ้นซ้ำๆ คือการตัดสินการเคลือบจากรูปลักษณ์ภายนอกเพียงอย่างเดียว สีที่สดใสและสม่ำเสมอสามารถซ่อนชั้นที่บางเกินกว่าจะป้องกันได้ และชั้นที่หนาอาจมีรูพรุนและหลุดออกภายใต้น้ำหนักบรรทุก สภาวะทั้งสองตรวจพบได้ด้วยการวัด ไม่ใช่ด้วยตา
คำถามที่พบบ่อย
ถาม: ตัวยึดไทเทเนียมแบบมีสีใช้สารเคลือบชนิดใด
ตอบ: ชั้นอะโนดิกออกไซด์มีความหนาไม่กี่ไมโครเมตร เพื่อให้แสงรบกวนทำให้เกิดสี เงื่อนไขของเลเยอร์ระบุไว้ภายใต้ AMS 2488
ถาม: สามารถเคลือบไทเทเนียมโดยไม่สูญเสียความได้เปรียบด้านน้ำหนักได้หรือไม่
ก. ใช่. การเคลือบทางวิศวกรรมมีตั้งแต่ 1 ถึง 500 ไมโครเมตร ขึ้นอยู่กับตระกูล ดังนั้นการเพิ่มมวลจึงน้อยเมื่อเทียบกับความแข็งแรงและความแข็งของส่วนฐาน
ถาม: เหตุใดอุณหภูมิการเคลือบจึงมีจำกัด
ตอบ: ไทเทเนียมดูดซับออกซิเจน ไนโตรเจน และไฮโดรเจนอย่างรุนแรงที่อุณหภูมิสูงกว่า 500 องศา ซึ่งจะทำให้พื้นผิวเปราะและลดอายุการใช้งานที่เหนื่อยล้า
ถาม: การยึดเกาะของสารเคลือบตรวจสอบได้อย่างไร?
ตอบ: โดยการทดสอบการโค้งงอ รอยขีดข่วน หรือการเยื้องบนคูปองที่เคลือบจากชุดเดียวกัน ซึ่งได้รับการสนับสนุนโดยการวัดความแข็งระดับไมโครและความหนาของชั้นบนหน้าตัด
ถาม: การเคลือบจะแทนที่ฟิล์มพาสซีฟธรรมชาติหรือไม่
ตอบ: มันเสริมมัน ชั้นที่ได้รับการออกแบบทางวิศวกรรมจะทำหน้าที่ทนต่อการสึกหรอหรือความร้อน ในขณะที่ฟิล์มไททาเนียมออกไซด์ยังคงทำหน้าที่เป็นเกราะป้องกันการกัดกร่อนอยู่ข้างใต้
