Tratamento de superfície de barra de titânio: resistência à corrosão e ao desgaste

Barras de titânio são amplamente utilizados em componentes estruturais, peças de transmissão, dispositivos de implante e outros campos. No entanto, sua baixa dureza superficial e baixa resistência ao desgaste, juntamente com a suscetibilidade à corrosão por pites e frestas em ambientes agressivos. O tratamento de superfície pode melhorar a resistência à corrosão e ao desgaste, permitindo a personalização do desempenho.

 

 

 

1.1 Tratamento Mecânico

Modifica a superfície das barras de titânio através de efeitos físicos, sem reagentes químicos, processos simples e baixo custo.

O polimento mecânico pode atingir um acabamento espelhado com uma rugosidade superficial Ra ＜ 0,01 μm por meio de retificação passo-a{2}}passo.

O jato de areia remove camadas de óxido e contaminantes por meio do impacto de partículas de areia em alta-velocidade, formando uma superfície áspera com Ra 2–5 μm para melhorar a resistência da adesão.

 

1.2 Tratamento Químico

Regula o estado da superfície, remove impurezas e otimiza a planicidade através da reação entre os reagentes químicos e a superfície da barra de titânio, estabelecendo uma base para o posterior fortalecimento.

O polimento químico utiliza soluções ácidas ou alcalinas fracas para melhorar o acabamento superficial e requer vedação com silano.

A purificação de decapagem adota uma solução mista de ácido fluorídrico-ácido nítrico para remover incrustações de óxido e impurezas.

A oxidação atmosférica pode engrossar o filme de óxido em altas temperaturas para melhorar a resistência à corrosão.

 

 

2.1 Tratamento Eletroquímico

Forma um filme denso de óxido na superfície da barra de titânio por meio de eletrólise, que possui resistência à corrosão e ao desgaste com processos controláveis.

A anodização aplica uma tensão de 10–200 V em um eletrólito de ácido sulfúrico para preparar um filme de TiO₂ com espessura de 1–30 μm, o que aumenta a resistência ao desgaste, à corrosão e à biocompatibilidade; ajustar os parâmetros do processo pode preparar matrizes de nanotubos de TiO₂ porosos para fotocatálise e campos de sensores.

A oxidação por micro-arco, uma tecnologia de anodização atualizada, aplica uma alta tensão de 300 a 600 V para formar uma camada de óxido de grau-cerâmico com dureza HV 1500+ e resistência a altas temperaturas acima de 800 graus, além de bom desempenho de isolamento.

 

2.2 Modificação do Tratamento Térmico

Ele forma uma camada de liga dura na superfície da barra de titânio por meio de alta-temperatura ou difusão de elementos de plasma, melhorando a dureza, a resistência ao desgaste e à corrosão.

A nitretação é a tecnologia mais utilizada, que pode formar uma camada de TiN/Ti₂N com espessura de 5–20 μm e dureza de HV 2000, reduzindo o coeficiente de atrito em 60%, e é usada principalmente para peças de transmissão de alta-carga; a nitroxidação plasmática forma uma camada composta com melhor desempenho e pequena deformação.

A cementação forma uma camada de TiC com espessura de 2–10 μm e resistência a altas temperaturas de até 800 graus; A boretação tem alta dureza, mas processos complexos.

 

2.3 Tecnologias de Revestimento e Compósitos

Ele pode preparar revestimentos funcionais na superfície da barra de titânio para personalizar a resistência à corrosão e ao desgaste, o que é um meio importante para o fortalecimento da superfície das barras de titânio.

Revestimentos lubrificantes e anti{0}}adesivos são usados ​​para reduzir o atrito: os revestimentos de emulsão de grafite formam um filme lubrificante de 1–5 μm, que resiste à oxidação e reduz a perda de processamento em mais de 30%; os revestimentos de fluorofosfato têm um coeficiente de atrito tão baixo quanto 0,1.

Revestimentos-funcionais de alta qualidade: revestimentos de biocerâmica (HA) são usados ​​em implantes ortopédicos para promover a osseointegração; Os revestimentos DLC têm dureza de HV 3.000–5.000 e coeficiente de atrito de 0,05; os revestimentos de metais preciosos têm boa resistência à corrosão, mas são propensos a lascar e têm alto custo; nano{4}}níquel e prata galvanizados podem melhorar a resistência ao desgaste e o desempenho anti{5}}emperramento, resolvendo o problema de "emperramento" das pás aeroespaciais.

 

 

3.1 Tratamento de superfície a laser

Ele modifica a superfície da barra de titânio com laser de alta{0}}energia, apresentando alta velocidade, alta precisão e pouco impacto na matriz, e pode simultaneamente aumentar a resistência ao desgaste e à corrosão.

O revestimento a laser usa pó de titânio Gr5 para preparar uma camada de liga de 0,5–2 mm, melhorando a resistência ao desgaste em 5 vezes, adequado para-condições de trabalho pesadas.

A liga superficial a laser pode infiltrar nitrogênio e carbono para formar uma camada gradiente com HV 1000–2000.

O processamento do titânio colorido a laser combinado com a anodização leva em consideração a proteção e a decoração.

 

3.2 Tecnologia de Implantação Iônica

Ele injeta nitrogênio, oxigênio, carbono e outros íons na superfície da barra de titânio com uma profundidade de 0,1–1 μm, o que pode aumentar a dureza em 3 vezes e reduzir a densidade da corrente de corrosão em duas ordens de grandeza. Esta tecnologia não altera o desempenho da matriz e atinge o fortalecimento em nanoescala.

A implantação de íons de metais preciosos pode alcançar melhor resistência à corrosão, mas é de alto custo e ainda está em pesquisa.

 

3.3 Tecnologia de Modificação Composta

O tratamento de superfície única é difícil de atender a condições de trabalho complexas, e a combinação de múltiplas tecnologias tornou-se a tendência dominante. A combinação de anodização e pulverização catódica por magnetron pode preparar revestimentos antibacterianos de TiO₂/Ag com uma taxa antibacteriana de >99%, adequados para dispositivos médicos e implantes; a combinação de nitroxidação de plasma e revestimento a laser leva em consideração a resistência à corrosão e ao desgaste-em serviços pesados.

 

 

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