티타늄 단조품의 표면 처리 기술

티타늄 단조품매우 높은 표면 품질이 요구되는 항공우주 엔진, 화학, 의료 분야의 가혹한 환경에서 사용됩니다. 블랭크의 표면 결함은 파손의 원인이 되기 쉽습니다. 과학적 표면 처리는 표면을 강화 및 변형하고, 품질을 개선하고, 서비스 수명을 연장하며, 극한의 작업 조건에서도 안전을 보장할 수 있습니다.

 

 

물리적, 화학적, 전기화학적 또는 기타 방법을 통해 재료 표면의 화학적 조성, 조직 구조 또는 형태학적 특성을 변형시키는 것을 말합니다. 향상된 내식성, 향상된 내마모성 및 최적화된 생체 적합성과 같은 기능적 목표를 달성할 수 있습니다.

 

 

 

(I) 화학적 부동태화: 저비용

화학적 부동태화에는 티타늄 단조품을 화학 용액에 담그어 부식을 차단하는 치밀한 TiO2 부동태화막을 형성하는 작업이 포함됩니다. 산업 주류 공정은 20~30% 질산을 사용하여 30분 동안 침지하여 5~15nm 필름을 형성합니다. 치수에 미치는 영향을 최소화하면서 단순성, 저비용, 고효율의 장점을 자랑합니다. 기존 작업 조건에서 티타늄 단조품의 일괄 보호에 적합하며 화학 플랜지 및 일반 에너지 부품에 널리 사용됩니다.

 

그러나 필름은 상대적으로 얇아서 강한 부식과 높은 응력을 견딜 수 없으며 극한 작업 조건에는 적용할 수 없습니다.

 

(II) 양극산화처리: 정밀한 시나리오

아노다이징은 전기화학 공정입니다. 티타늄 단조품은 20-60V 전압에서 황산 전해질로 처리되어 10-30μm 산화막을 형성합니다. 내식성은 화학적 부동태화보다 50% 이상 높습니다. 필름 색상은 조정 가능하며 기능적 특성과 장식적 특성이 결합되어 있으며 다공성 구조로 생체 적합성을 최적화할 수 있습니다. 의료용 정형외과 임플란트 및 정밀 전자 티타늄 부품에 적합합니다.

 

단점은 필름이 부서지기 쉽고 강한 충격을 견딜 수 없으므로 마모가 심하고 피로도가 높은 작업 조건에서 주의해서 사용해야 한다는 것입니다.-

 

(III) 미세아크산화 : 극한의 작업조건

Microarc Oxidation (MAO) is a high-end electrochemical technology. High-voltage (300-600V) induced microarc discharge generates a 50-100μm TiO₂/Al₂O₃ composite ceramic film on the surface of titanium forgings. The film-substrate bonding is tight, featuring excellent corrosion resistance, high-temperature resistance (>500도), 높은 경도 및 내마모성. 극한의 작업 조건에서 티타늄 부품을 위한 핵심 보호 ​​솔루션으로, 항공우주 엔진 및 해양 엔지니어링의 핵심 부품에 적합합니다.

 

단점은 표면 거칠기가 증가하고 비용이 높아 적용이 고급 시나리오로만 제한된다는 것입니다.-

 

(IV) 쇼트 피닝: 높은 피로 응력을 받는 부품

쇼트 피닝은 물리적 변형 공정입니다. 고속- 발사체는 티타늄 단조물에 충격을 가해 200% 이상의 적용률로 0.1~0.3mm 압축 응력층을 형성합니다. 피로 균열을 억제하고 피로 저항을 30% 이상 향상시키며, 특히 교번 하중을 받는 핵심 부품용으로 설계된 높은 응력 하에서 부품의 서비스 수명을 연장할 수 있습니다.

 

참고: 초-초정밀-부품의 경우 표면 거칠기가 약간 증가하며 후속 연마가 필요합니다.

 

(V) 물리 기상 증착(PVD): 정밀 코팅 기술

PVD는 초-하드 코팅을 적용한 진공 코팅 기술입니다. 기판 성능을 손상시키지 않으면서 마찰과 마모를 줄이며 해당 매개변수는 맞춤화를 지원하도록 조정 가능합니다. 티타늄 기어 및 베어링과 같이 마모가 심한 부품에 적합합니다.-

 

한계: 코팅이 얇고 충격을 견딜 수 없으며 준비 비용이 높습니다.

 

(VI) 전해연마: 생물의학 분야

전해연마는 전기화학적 레벨링 및 정제를 위해 인산{0}} 기반 전해질을 사용하여 Ra가 0.1μm 이하인 티타늄 표면을 생성합니다. 이는 미세균열 결함을 제거하고 뛰어난 생체적합성을 제공하며 주로 의료용 임플란트에 사용되며 반도체와 같은 고순도 시나리오에도 적용 가능합니다.-

 

단점: 높은 에너지 소비, 낮은 효율성, 엄격한 매개변수 제어, 일괄 처리 기존 처리 수행 불가능.

 

 

티타늄 단조품의 표면 처리 공정 선택은 재료 특성, 서비스 환경, 기능 요구 사항 및 경제적 효율성을 종합적으로 고려하여 "작업 조건 적응, 성능 우선 순위 및 비용 관리" 원칙을 따라야 합니다.

• 내열성과 내식 피로성이 요구되는 항공{0}}엔진의 압축기 블레이드에는 "마이크로 아크 산화 + 쇼트 피닝"의 복합 공정이 채택됩니다.
• 강한 부식에 대한 내성이 요구되는 화학 반응기의 교반기 패들에는 "화학 부동태화 + PTFE 코팅"이라는 저렴한 -부식 방지 조합이 선택됩니다.
• 생체적합성과 내마모성이 모두 요구되는 의료용 인공관절에는 "전해연마+아노다이징"을 적용하여 청결성과 골유착성을 확보합니다.
• 해수 부식 및 침식에 대한 저항이 필요한 해양 엔지니어링 밸브의 밸브 스템의 경우 주류 솔루션은 미세 아크 산화 + 희생 양극 보호입니다.

 

재료 특성도 공정 선택에 영향을 미칩니다.

상업용 순수 티타늄(Gr1/Gr2)은 일반적인 부식 환경에 적합하며 화학적 부동태화를 선호합니다.

Gr5(Ti-6Al-4V)는 고온에서 작동하므로 열 차단 코팅이 필요합니다.

-티타늄 합금은 수소 취성을 방지하기 위해 수소 함유 매체와 관련된 공정을 피해야 합니다.-

 

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