टाइटेनियम मिश्र धातु के सतह संशोधन के लिए मुख्य प्रौद्योगिकी: टाइटेनियम मिश्र धातु की वैक्यूम कोटिंग

टाइटेनियम मिश्र धातु वैक्यूम कोटिंगटाइटेनियम मिश्र धातुओं के सतह संशोधन के लिए एक मुख्य तकनीक है। इसका मुख्य उद्देश्य उच्च शक्ति और हल्के वजन के उनके अंतर्निहित लाभों को बरकरार रखते हुए टाइटेनियम मिश्र धातुओं (जैसे पहनने के प्रतिरोध, संक्षारण प्रतिरोध, उच्च तापमान ऑक्सीकरण प्रतिरोध और घर्षण में कमी) की स्थानीय कमियों की भरपाई करना है। इसका व्यापक रूप से एयरोस्पेस, चिकित्सा, सटीक मशीनरी और ऑटोमोटिव उद्योगों जैसे उच्च-अंत क्षेत्रों में उपयोग किया जाता है।

टाइटेनियम मिश्र धातु वैक्यूम कोटिंग के लिए मुख्य आवश्यकताएँ (सबसे पहले, अनुकूलता स्पष्ट करें)

• Characteristics of titanium alloy substrate: The surface easily forms a natural, dense TiO₂ passivation film (thickness 5-10nm), which provides good corrosion resistance. However, it has low hardness (pure titanium HV150-200, TC4 titanium alloy HV300-350), poor wear resistance, and is prone to oxidation and peeling at high temperatures (>400 डिग्री). वैक्यूम कोटिंग के लिए फिल्म और सब्सट्रेट के बीच मजबूत आसंजन सुनिश्चित करने के लिए निष्क्रियता फिल्म पर काबू पाने की आवश्यकता होती है।
• कोर कोटिंग आवश्यकताएँ: ① आसंजन 50N से अधिक या उसके बराबर (स्क्रैच परीक्षण/तन्यता परीक्षण); ② घना और छिद्रित -मुक्त फिल्म; ③ टाइटेनियम मिश्र धातु सब्सट्रेट की कठोरता के साथ संगत, भंगुर दरार को रोकने; ④ सब्सट्रेट के यांत्रिक गुणों को प्रभावित नहीं करता है।
• मुख्य लाभ: वैक्यूम वातावरण में कोटिंग (वैक्यूम डिग्री 10⁻³~10⁻⁶Pa) कोई ऑक्सीकरण या अशुद्धता संदूषण सुनिश्चित नहीं करता है, जिसके परिणामस्वरूप अच्छी फिल्म एकरूपता और नियंत्रणीय मोटाई (0.5-50μm) होती है। यह जटिल आकार के टाइटेनियम मिश्र धातु वर्कपीस (जैसे टाइटेनियम छड़, टाइटेनियम मिश्र धातु ब्लेड और चिकित्सा प्रत्यारोपण) के लिए उपयुक्त है।

प्रक्रिया: मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग कोटिंग (सबसे मुख्यधारा विधि, मध्यम और निम्न तापमान, उच्च परिशुद्धता अनुप्रयोगों के लिए उपयुक्त)

1. मूल सिद्धांत
एक उच्च - वैक्यूम कक्ष में, लक्ष्य सामग्री (धातु/सिरेमिक लक्ष्य) पर बमबारी करने के लिए इलेक्ट्रॉनों को एक चुंबकीय क्षेत्र द्वारा सीमित किया जाता है, जिससे लक्ष्य परमाणु/आयन अलग हो जाते हैं और टाइटेनियम मिश्र धातु सब्सट्रेट सतह पर जमा हो जाते हैं, जिससे एक घनी फिल्म परत बन जाती है। यह प्रक्रिया भौतिक वाष्प जमाव (पीवीडी) की श्रेणी में आती है।

2. टाइटेनियम मिश्र धातुओं के लिए समर्पित कोर प्रक्रिया (कुंजी सबस्ट्रेट प्री-उपचार में निहित है, जो बॉन्डिंग ताकत निर्धारित करती है)
सब्सट्रेट पूर्व-उपचार (मुख्य चरण, कोटिंग की गुणवत्ता का 70% हिस्सा होता है)
कठोर सफाई: तेल और धूल हटाने के लिए अल्ट्रासोनिक सफाई (एसीटोन + अल्कोहल), उसके बाद सुखाना;
पैसिवेशन फिल्म हटाना: आर्गन आयन नक़्क़ाशी (वैक्यूम डिग्री 10⁻³Pa, आर्गन दबाव 0.5-1Pa, पूर्वाग्रह वोल्टेज -100 ~ -300V, समय 15-30 मिनट) TiO₂ फिल्म को तोड़ने के लिए, एक ताजा टाइटेनियम सतह को उजागर करें, और साथ ही यांत्रिक इंटरलॉकिंग को बढ़ाने के लिए सतह परत (खुरदरापन Ra 0.1-0.3μm) को मोटा करें;
प्रीहीटिंग: फिल्म और सब्सट्रेट के बीच तापमान अंतर तनाव को कम करने और फिल्म को टूटने से बचाने के लिए टाइटेनियम मिश्र धातु सब्सट्रेट को 150-300 डिग्री तक पहले से गरम करना।
कोटिंग प्रक्रिया (दो चरण: पहले आधार परत, फिर जमाव)
आधार परत: सबसे पहले, टाइटेनियम मिश्र धातु और कार्यात्मक फिल्म के बीच जाली बेमेल को खत्म करने और बंधन शक्ति में सुधार करने के लिए एक संक्रमण परत जमा की जाती है (टीआई परत या सीआर परत, मोटाई 0.1-0.5μm)। पैरामीटर्स: लक्ष्य धारा 2-5ए, बायस वोल्टेज -50~-100V, समय 5-10 मिनट;
कार्यात्मक परत जमाव: आवश्यकताओं के अनुसार लक्ष्य सामग्री का चयन करें, फिल्म की मोटाई को नियंत्रित करें। मुख्य पैरामीटर: वैक्यूम डिग्री 10⁻⁴~10⁻⁵Pa, आर्गन प्रवाह दर 20-50sccm, लक्ष्य धारा 3-8A, बायस वोल्टेज -30~-80V, जमाव तापमान 400 डिग्री से कम या उसके बराबर (टाइटेनियम मिश्र धातु की एनीलिंग और नरमी से बचने के लिए)।
पश्चात -उपचार: भट्ठी से निकालने के बाद कमरे के तापमान तक प्राकृतिक शीतलन। फिल्म में आंतरिक तनाव को खत्म करने के लिए उच्च {{2}अंत भागों को कम तापमान एनीलिंग (150-200 डिग्री × 1 घंटा) से गुजरना पड़ सकता है।

टाइटेनियम मिश्र धातु वैक्यूम कोटिंग के विशिष्ट अनुप्रयोग परिदृश्य (संबंधित प्रक्रिया चयन)

1. एयरोस्पेस क्षेत्र: टाइटेनियम मिश्र धातु ब्लेड, कनेक्टर्स → आयन नाइट्राइडिंग + TiAlN मल्टी-आर्क कोटिंग; टाइटेनियम मिश्र धातु परिशुद्धता शाफ्ट → मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग TiCN कोटिंग;
2. चिकित्सा क्षेत्र: टाइटेनियम मिश्र धातु के जोड़, हड्डी के पेंच → मैग्नेट्रॉन स्पटरिंग डीएलसी कोटिंग (जैव संगत); टाइटेनियम मिश्र धातु प्रत्यारोपण → वैक्यूम आर्क आयन चढ़ाना (गैर -विषाक्त);
3. परिशुद्ध मशीनरी क्षेत्र: टाइटेनियम मिश्र धातु उपकरण, मोल्ड → TiN/TiCN मैग्नेट्रोन स्पटरिंग; टाइटेनियम मिश्र धातु स्लाइडर → डीएलसी कोटिंग;
4. समुद्री इंजीनियरिंग क्षेत्र: टाइटेनियम मिश्र धातु फास्टनरों, पाइप → सीआरएन मैग्नेट्रोन स्पटरिंग (नमक स्प्रे संक्षारण प्रतिरोध);
5. सजावटी क्षेत्र: टाइटेनियम मिश्र धातु के गहने → वैक्यूम वाष्पीकरण चढ़ाना Au/TiN (उज्ज्वल रंग)।