티타늄 바 표면 처리: 부식 및 내마모성

티타늄 바 구조 부품, 변속기 부품, 임플란트 장치 및 기타 분야에서 널리 사용됩니다. 그러나 표면 경도가 낮고 내마모성이 낮으며 열악한 환경에서 공식 및 틈새 부식에 취약합니다. 표면 처리는 부식 및 내마모성을 향상시켜 성능 맞춤화를 가능하게 합니다.

 

 

 

1.1 기계적 처리

물리적 효과를 통해 티타늄 바의 표면을 개질하는 제품으로 화학 시약이 없고 공정이 간단하며 비용이 저렴합니다.

기계적 연마는 단계별-연마를 통해 표면 거칠기 Ra < 0.01 μm의 경면 마무리를 달성할 수 있습니다.

샌드블라스팅은 고속- 모래 입자의 충격을 통해 산화물 층과 오염 물질을 제거하고 Ra 2~5μm의 거친 표면을 형성하여 결합 강도를 향상시킵니다.

 

1.2 화학적 처리

화학 시약과 티타늄 바 표면의 반응을 통해 표면 상태를 조절하고 불순물을 제거하며 평탄도를 최적화하여 후속 강화를 위한 기반을 마련합니다.

화학적 연마에서는 약산성 또는 알칼리성 용액을 사용하여 표면 마감을 개선하고 실란 밀봉이 필요합니다.

산세정제는 불산-질산 혼합용액을 사용하여 산화물 스케일과 불순물을 제거합니다.

대기 산화는 고온에서 산화막을 두껍게 하여 내식성을 향상시킬 수 있습니다.

 

 

2.1 전기화학적 처리

전기분해를 통해 티타늄 바 표면에 치밀한 산화막을 형성하며, 제어 가능한 공정으로 내식성과 내마모성을 모두 갖췄습니다.

양극산화처리는 황산 전해질에 10~200V의 전압을 인가하여 1~30μm 두께의 TiO2 막을 제조하여 내마모성, 내식성, 생체적합성을 향상시키며, 공정 매개변수를 조정하면 광촉매 및 센서 분야를 위한 다공성 TiO2 나노튜브 배열을 준비할 수 있습니다.

업그레이드된 양극 산화 기술인 마이크로{0}}아크 산화는 300~600V의 고전압을 인가하여 HV1500+의 경도와 800도 이상의 고온 저항 및 우수한 절연 성능을 갖춘 세라믹{3}}등급 산화막을 형성합니다.

 

2.2 열처리 변형

고온-또는 플라즈마 원소 확산을 통해 티타늄 바 표면에 단단한 합금층을 형성하여 경도, 내마모성 및 내식성을 향상시킵니다.

질화는 가장 널리 사용되는 기술로 두께 5~20μm, 경도 HV 2000의 TiN/Ti2N 층을 형성하여 마찰계수를 60% 감소시킬 수 있으며 주로 고하중 전달 부품에 사용됩니다.{4}} 플라즈마 니트로산화는 더 나은 성능과 작은 변형을 갖는 복합층을 형성합니다.

침탄은 2~10μm의 두께와 최대 800도의 고온 저항을 갖는 TiC 층을 형성합니다. 보라이딩은 경도는 높지만 공정이 복잡합니다.

 

2.3 코팅 및 복합재 기술

티타늄 바의 표면 강화를 위한 중요한 수단인 부식 및 내마모성을 맞춤화하기 위해 티타늄 바 표면에 기능성 코팅을 준비할 수 있습니다.

마찰을 줄이기 위해 윤활 및 접착 방지 코팅이 사용됩니다. 흑연 유제 코팅은 1~5μm 윤활 필름을 형성하여 산화에 저항하고 가공 손실을 30% 이상 줄입니다. 불소인산염 코팅은 마찰계수가 0.1 정도로 낮습니다.

고급-기능성 코팅: 바이오세라믹(HA) 코팅은 골유착을 촉진하기 위해 정형외과용 임플란트에 사용됩니다. DLC 코팅의 경도는 HV 3000-5000이고 마찰 계수는 0.05입니다. 귀금속 코팅은 내식성이 우수하지만 파손되기 쉽고 비용이 많이 듭니다. 전기도금된 나노-니켈과 은은 내마모성과 항-고착 성능을 향상시켜 항공우주 블레이드의 "고착" 문제를 해결할 수 있습니다.

 

 

3.1 레이저 표면 처리

고에너지 레이저로 티타늄 바 표면을 수정하는 이 기술은 고속, 고정밀성 및 매트릭스에 대한 영향이 거의 없으며 내마모성과 내식성을 동시에 향상시킬 수 있습니다.

레이저 클래딩은 Gr5 티타늄 분말을 사용하여 0.5~2mm 합금층을 준비하여 내마모성을 5배 향상시켜 고강도 작업 조건에 적합합니다.-

레이저 표면 합금은 질소와 탄소에 침투하여 HV 1000-2000의 그라데이션 층을 형성할 수 있습니다.

양극 산화 처리와 결합된 레이저 컬러 티타늄 가공은 보호와 장식을 고려합니다.

 

3.2 이온주입 기술

티타늄 바 표면에 질소, 산소, 탄소 및 기타 이온을 0.1~1μm 깊이로 주입하여 경도를 3배 높이고 부식 전류 밀도를 2배 정도 줄일 수 있습니다. 이 기술은 매트릭스 성능을 변화시키지 않고 나노 수준의 강화를 달성합니다.

귀금속 이온을 주입하면 내식성이 향상되지만 비용이 많이 들고 아직 연구 중이다.

 

3.3 복합개질 기술

단일 표면 처리는 복잡한 작업 조건을 충족하기 어렵고 여러 기술의 조합이 주류가 되었습니다. 양극산화 처리와 마그네트론 스퍼터링을 결합하면 항균율 99% 이상인 TiO2/Ag 항균 코팅을 제조할 수 있으며 의료 기기 및 임플란트에 적합합니다. 플라즈마 질산화와 레이저 클래딩의 조합은 내식성과 고강도-내마모성을 고려합니다.

 

 

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