Eðli yfirborðsviðbragðslagsins
Títan er mjög hvarfgjarnt við hækkað hitastig, sérstaklega þegar það verður fyrir lofti við heita vinnslu, hitameðferð eða steypu. Þegar það er hitað yfir um það bil 590–620 gráður (1100–1150 gráður F), hvarfast títan við súrefni og köfnunarefni og myndar brothætt, súrefnis-auðgað yfirborðslag sem kallastalfa tilfelli(eða hvarflag). Þetta lag er venjulega 50–300 μm þykkt og er mengað af millivefsþáttum eins og súrefni og köfnunarefni, sem draga verulega úr sveigjanleika og þreytuþol. Ófjarlægt alfahylki getur dregið úr þreytulífi um allt að 50% og er því mikilvægt áhyggjuefni fyrir byggingar- og þreytu-mikilvæga hluti.
Aðal aðferðir til að fjarlægja
Yfirborðshvarflagið verður að fjarlægja alveg fyrir síðari vinnslu, suðu eða þjónustu. Meðferðaraðferðirnar falla í þrjá flokka: vélrænar aðferðir, efnafræðilegar aðferðir og rafefnafræðilegar aðferðir.
1. Vélrænar aðferðir
Sandblástur (Sandblástur):Hvítur korund er almennt notaður til að sandblása títan yfirborð. Stýra verður sprengiþrýstingnum vandlega-venjulega undir 0,45 MPa-til að forðast of mikla hitamyndun. Þegar innspýtingsþrýstingur er of hár, framkallar áhrif slípiefna á yfirborð títaníums sterka neista sem veldur staðbundinni hitahækkun sem getur brugðist við yfirborðinu og skapað aukamengun. 15–30 sekúndur dugar venjulega til að fjarlægja klístraðan sand, hertu yfirborðslög og oxíð að hluta. Hins vegar getur sandblástur ein og sér ekki fjarlægt hvarflagið að fullu; það þjónar sem formeðferðarskref fyrir-efnasýringu.
Vinnsla og mala:Nákvæmni mala eða beygja er almennt notað til að fjarlægja alfa hlífðarlagið og stýrða dýpt grunnmálms undir því til að útrýma brothættum svæðum. Forskriftir kveða oft á um lágmarksdýpt til að fjarlægja lagið sem er fyrir áhrifum. Hins vegar verður að stjórna möluninni vandlega-of mikill þrýstingur myndar hita sem getur búið til nýtt lag af alfahylki. Malaferlið er tiltölulega hægt og fjarlægir efni í þröngum ræmum, sem oft þarf að fara yfir allt yfirborðið.
2. Efnafræðilegar aðferðir
Súrsun (sýruæting):Súrsun er fljótlegasta og áhrifaríkasta aðferðin til að fjarlægja yfirborðsviðbragðslagið alveg án þess að menga yfirborðið með öðrum frumefnum. Tvö sýrukerfi eru almennt notuð:
HF-HNO₃ kerfi:Þetta er helsta súrsunarlausnin. Styrkur HF er venjulega 3–5% og styrkur HNO₃ er 15–30%. HNO₃ virkar sem oxunarefni til að koma í veg fyrir óhóflega títanupplausn og frásog vetnis, en framleiðir jafnframt bjarta yfirborðsáferð. Þetta kerfi hefur lægri frásogsgetu vetnis samanborið við HF-HCl lausnir, sem gerir það öruggara fyrir efnið.
HF-HCl kerfi:Þó það sé áhrifaríkt til súrsunar hefur þetta kerfi meiri frásogsgetu vetnis, sem getur leitt til þess að vetnisbrotið verður-sem er alvarlegt áhyggjuefni fyrir títan málmblöndur. Þess vegna er það sjaldnar notað í mikilvægum forritum.
Sýruhlutfallið er mikilvægt: lausnum er venjulega haldið í 5:1 til 10:1 rúmmálshlutfalli HNO₃ og HF (sem stofnsýrur) til að lágmarka upptöku vetnis, allt eftir tegund málmblöndunnar. Eftir sandblástur getur súrsun fjarlægt algjörlega eftirstandandi yfirborðsviðbrögð af títanplötum og stöfum.
Kemísk mölun:Kemísk mölun er notuð til að fjarlægja efni einsleitt, alfa-fjarlægingu á járnsmíði og yfirborðsfágun þar sem vinnsla er ekki framkvæmanleg. Ferlið felur í sér að dýfa hlutum í stýrt efnaæti með þétt stjórnað ætunarhraða, tíma, hitastigi og styrk. Eftir ætingu fara hlutar í hlutleysingu og skolun til að koma í veg fyrir of-ætingu eða gryfju. Þessi aðferð er sérstaklega mikilvæg fyrir geimþætti með flókna rúmfræði.
Efnafræðileg fæging:Hægt er að nota blöndu af HF og HNO₃ í sérstökum hlutföllum til að efnafægja. HF virkar sem afoxunarefni til að leysa upp títanmálm og jafna yfirborðið, en HNO₃ (við styrk undir 10%) gegnir oxandi hlutverki til að koma í veg fyrir of mikla upplausn títan og vetnisupptöku á sama tíma og það framkallar björt áhrif. Ferlið krefst mikillar einbeitingar, lágs hitastigs og stutts fægjatíma (1–2 mínútur). Þessi aðferð hentar sérstaklega vel fyrir flóknar mannvirki eins og títan gervitennur, þar sem hún pússar alla fleti í snertingu við lausnina óháð hörku eða lögun.
3. Rafefnafræðilegar aðferðir
Rafgreiningarfæging:Einnig þekkt sem rafefnafræðileg eða anodísk upplausnarfæging, þessi aðferð stendur frammi fyrir áskorunum með títan vegna lítillar leiðni þess og sterkrar oxunartilhneigingar. Hefðbundin vatnskennd súr raflausn (eins og HF-H₃PO₄ eða HF-H₂SO4) eru almennt óvirkar vegna þess að títanskautið oxast strax við spennuásetningu og kemur í veg fyrir upplausn rafskauts. Hins vegar hafa vatnsfrí klóríð raflausnir við lágspennu sýnt góða fægjaáhrif, sem geta framleitt speglaáferð á litlum sýnum. Fyrir flókna íhluti er þörf á frekari rannsóknum til að hámarka rúmfræði bakskauts og viðbótar bakskautsstillingar.
Einkaleyfisbundin rafefnafræðileg skilyrðing:Byltingarkennd rafefnafræðilegt ferli (þróað af MetCon) kemur í stað hefðbundinnar mölunar, vinnslu og súrsýringar með rafefnafræðilegum skrefum með litlum-uppskeru-taps. Þetta ferli notar sér raflausn og óhefðbundna leiðréttingu til að fjarlægja alfahylkislagið með nákvæmri stjórn. Ólíkt vélrænum aðferðum sem fjarlægja allt efni niður í dýpsta sprunguoddinn, þá ræðst rafefnafræðilega ferlið helst á brúnir sprungu, sléttar þær og fjöður um leið og heldur umtalsvert meira magn af málmi. Ferlið fjarlægir aðeins 0,5–3% af efni í hverju hreinsunarþrepi samanborið við 3–7% fyrir hefðbundnar aðferðir, sem bætir ávöxtun fullunnar vöru um 10–20% eða meira. Þessi aðferð útilokar einnig hættulegan úrgang sem tengist hefðbundinni súrsýringu.
Ferlaröð og gæðaeftirlit
Til að fjarlægja yfirborðsviðbragðslagið að fullu er dæmigerð ferliröð:
Fyrsta vélræn meðferð:Sandblástur eða slípun til að fjarlægja grófa yfirborðsmengun og oxíðhúð
Efnahreinsun:Bráðið heitt basískt salt afkalkunarefni eða slípiefni fyrir þung oxíðlög
Súr súrsun:HF-HNO₃-lausn til að fjarlægja alfa-hylkilagið alveg
Lokastaðfesting:Sjónræn skoðun og örhörkuprófun til að staðfesta algjörlega fjarlægingu alfahylkis, eins og krafist er í forskriftum eins og NASA PRC-5010 og ASTM B600
Gagnrýnin sjónarmið
Vetnisbrot:Títan og málmblöndur þess eru næm fyrir vetnisbroti. Við hitameðhöndlun, súrsun og efnamölun þarf að gæta þess að forðast óhóflega upptöku vetnis. HF-HNO₃ kerfið er ákjósanlegt einmitt vegna þess að það lágmarkar frásog vetnis samanborið við önnur sýrukerfi.
Tómarúm hitameðferð:Endanleg hitameðferð á fullunnum hlutum ætti helst að fara fram í lofttæmi til að forðast alfa-tilfelli myndun með öllu. Ef lofttæmishitameðferð er notuð er hægt að forðast fyrri vinnslu eða súrsun. Hins vegar er yfirborðshreinleiki í fyrirrúmi-jafnvel fingraför eða olíuleifar geta valdið myndun alfahylkja í lofttæmi og klóríð úr hreinsiefnum hafa verið tengd við álagstæringarsprungur títan.
Málmfræðileg uppgötvun:Til gæðatryggingar er Kroll's hvarfefni (1–3% flúorsýru auk 2–6% saltpéturssýra í vatni) almennt notað til að sýna almenna örbyggingu. Til að greina alfatilfelli er Kroll's ets fylgt eftir með ammóníumbíflúoríðlausn sem litar allt sýnið nema hvaða alfatilfelli sem er, sem gerir brothætta lagið vel sýnilegt til skoðunar.
