מהן טכנולוגיות טיפול עמידות ללבוש-על פני השטח לסגסוגות טיטניום?

שיטת ציפוי רטוב

הציפוי מורכב בעיקר מסגסוגות Cr ו-Ni-P. עַלמוטות טיטניוםוחוטים, בשל סרט הפסיבציה הצפוף משטח טיטניום, ציפוי כרום ישיר הוא בעל הידבקות גרועה. בתעשייה, מקובל להפקיד תחילה כימית Ni או מראש-להפקיד שכבת Ni על מצע הטיטניום, ולאחר מכן להטיל כרום אלקטרו. השיטה האלקטרוליטית יוצרת את הסרט במהירות, עם עובי ציפוי של מספר מיקרומטרים, והציפוי הדקורטיבי הוא כ-1 מיקרומטר בלבד, שיכול לעמוד בדרישות כלליות לבלאי ודרישות דקורטיביות. זוהי אחת משיטות הטיפול במשטח-היעילות ביותר כיום. עם זאת, יש כאן חסרונות. הציפוי נקשר באופן מכני למצע. הוא נוטה להתקלף בתנאי פגיעה ועומס כבד. יתרה מכך, תהליך הציפוי כולל טיפול בשפכים-מכיל כרום, מה שמביא ללחץ סביבתי משמעותי.

שיטת דיפוזיה תרמית

בהתבסס על תהליכי הקרבוריזציה, החנקה והבורוניזציה הבוגרים של חומרי פלדה, האטומים הביניים מתפזרים אל פנים מטריצת הטיטניום בטמפרטורות גבוהות ליצירת שכבה מוקשה. בשיטה זו ניתן להשיג שכבות דיפוזיה בעובי של כמה עשרות עד כמה מאות מיקרומטרים, עם שיפוע קשיות עדין וקשירה חזקה עם חומר הבסיס, מה שהופך אותה מתאימה ליישומים הנתונים ללחץ מגע. עם זאת, טמפרטורת העיבוד היא בדרך כלל מעל 800 מעלות, ומבנה סגסוגת הטיטניום נוטה להתגסות. טיפול בחום לאחר מכן נדרש לוויסות, וחלון התהליך צר. יתרה מכך, בטמפרטורות גבוהות, טיטניום סופג חמצן ומימן, ויש צורך בבקרת אווירה הגנה קפדנית כדי לטפל בבעיות אלו.

שיטת ריתוך

ציפוי הסגסוגת הקשה או התרכובת הבין-מתכתית מרותך על פני הטיטניום באמצעות קשת העברת הפלזמה (PTA). קצב הדילול ניתן לשליטה, חוזק ההדבקה גבוה ועמידות הבלאי מעולה. היתרון העיקרי הוא בכך שהיא מאפשרת טיפול מקומי מבלי שכל חומר הבסיס יחומם, ובכך נמנעת הרעה של תכונות מכניות בחלקי עבודה- גדולים. החיסרון הוא שמשטח שכבת הריתוך מחוספס, ונדרש עיבוד משני כדי להשיג דיוק ממדי. הוא מוגבל גם על ידי נגישות של אקדח ריתוך PTA, והוא משמש בעיקר עבור לוחות שטוחים גדולים, פירים וחלקי עבודה רגילים אחרים. קשה להתמודד עם חלקים מורכבים-בצורה.

שיטת שקיעת אדים (CVD/PVD/PCVD)

שקיעת אדים פיזית (PVD), שקיעת אדים כימית (CVD) ותצהיר כימי-משופר בפלזמה (PCVD) הן קבוצה של טכנולוגיות שהתפתחו במהירות בשנים האחרונות. ניתן להשתמש בהם להכנת ציפויים קשים כגון TiN, TiAlN ו-DLC על פני השטח של טיטניום, עם עובי שנע בדרך כלל בין 2 ל-10 מיקרומטר. הקשיות יכולה להגיע ל-2000 עד 4000 HV, ומקדם החיכוך מופחת באופן משמעותי. הם מיושמים בדרך כללחומרי מטרה טיטניום. בהשוואה לציפוי רטוב, ההדבקה של ציפויי גז-פאזות טובה יותר (במיוחד בעזרת מתח הטיה), וטמפרטורת התהליך יורדת בהדרגה - ניתן לשלוט PVD מתחת ל-400 מעלות, בעל השפעה מועטה על המיקרו-מבנה של מצע סגסוגת טיטניום, ומתאימה לעיבוד סופי של חלקים מדויקים.

When comparing the three types of coatings, CVD coatings are dense and have good over-coating performance, but they require high temperatures (>800 מעלות ) ונוטים ליצור מוצרים מזיקים-; ציפויי PVD בעלי מתח נמוך וטמפרטורה מתונה, אך ביצועי הציפוי העלי- שלהם גרועים, וקשה לכסות באופן אחיד את משטחי החורים הפנימיים המורכבים; PCVD משלב הפעלת פלזמה ושקיעת אדים כימיים, ויכול להפקיד ציפויים בעלי חוזק מליטה טוב יותר מאשר PVD ב-500-600 מעלות, ובעל ביצועי ציפוי יתר טובים יותר מאשר PVD. כיום זהו הכיוון המוביל לחיזוק פני השטח של סגסוגות טיטניום, וההשקעה בציוד וקושי בקרת התהליך הם גם הגבוהים ביותר מבין השלושה.

הצעות לבחירה טכנית:

 עבור חלקים עם עדיפות עלות ודיוק ממדי רופף, ניתן לתת עדיפות לציפוי כרום רטוב או לציפוי כימי Ni-P.

 עבור עומסים-כבדים ותנאי מתח מגע גבוהים, מומלצת שיטת הדיפוזיה התרמית או השיטה הקשה להשגת שכבת דיפוזיה עבה.

 עבור חלקים מדויקים עם סובלנות מימדית קפדנית וטמפרטורת שירות נמוכה, ציפוי PVD/TiN הוא פתרון בוגר.

 עבור יישומים-מתקדמים המתחשבים בהדבקה, תכונות הידבקות ובקרת מיקרו-מבנה (כגון רכיבים למנועי מטוסים), לטכנולוגיית PCVD יש את הפוטנציאל הגדול ביותר.