I. تستخدم سبائك التيتانيوم على نطاق واسع في مجالات الطيران والمجالات الطبية وغيرها بسبب قوتها النوعية العالية ومقاومتها للتآكل. ومع ذلك، فإن تفاعلها الكيميائي العالي يجعلها عرضة للتفاعل مع الأكسجين والنيتروجين أثناء التسخين بدرجة حرارة عالية-لتكوين طبقة أكسيد هشة، مما يؤدي إلى انخفاض لدونة المواد وزيادة السماح بالتصنيع. أصبح تحقيق الحد الأدنى من الأكسدة أو عدم وجودها أثناء عملية تسخين سبائك التيتانيوم يشكل تحديًا تقنيًا رئيسيًا لتحسين استخدام المواد وخفض تكاليف الإنتاج. لقد استكشفنا طرقًا للتحكم في أكسدة سطح مطروقات سبائك التيتانيوم من خلال البحث التجريبي المنهجي.
ثانيا. المواد والطرق التجريبية تم اختيار قطع سبائك التيتانيوم المبثوقة BT3-1 كموضوع بحث رئيسي، مع إجراء مقارنات متزامنة لتغيرات أداء ألواح سبائك BT20 وOT4-1 وأنابيب سبائك PT7M. تم صقل جميع العينات ميكانيكيًا ثم تسخينها في فرن كهربائي إلى 950 درجة -980 درجة (بالقرب من درجة حرارة التحول المتآصل لسبائك التيتانيوم)، مع التحكم في وقت الاحتفاظ خلال ساعة واحدة. وشملت المتغيرات التجريبية: المعالجة المسبقة للأكسدة، والطلاء الواقي من مينا الزجاج، ونوع وسط التسخين (فرن كهربائي عادي/طبقة تسييل زائفة للمواد السائبة)، وطريقة معالجة السطح بعد التشكيل (السفع الرملي).
ثالثا. التقنيات الرئيسية للتحكم في أكسدة السطح
1. عملية المعالجة قبل-الأكسدة:
توضح التجارب أن سطح قطع الغيار غير المعالجة يظهر طبقة أكسيد -قشرية سمكية، في حين تم تحسين نعومة سطح قطع الغيار -المؤكسدة مسبقًا بشكل ملحوظ. معالجة الأكسدة المسبقة-، من خلال تشكيل طبقة أكسيد موحدة وكثيفة على سطح الخام، تمنع بشكل فعال الأكسدة العميقة أثناء التسخين اللاحق. علاوة على ذلك، يتم تقليل التصاق طلاء المينا الزجاجي على سطح الخام -المؤكسد مسبقًا، مما يجعل الإزالة اللاحقة أسهل بنسبة تزيد عن 30% ويحسن كفاءة الإنتاج بشكل ملحوظ.
2. تكنولوجيا طلاء الزجاج الواقي بالمينا:
يمكن أن يؤدي تطبيق طبقة مينا زجاجية فوق معالجة الأكسدة المسبقة- إلى تقليل معدل الأكسدة أثناء التسخين. يقلل هذا الطلاء من الاتصال بين البليت والغازات المؤكسدة من خلال العزل المادي. تظهر البيانات التجريبية أن حماية الطلاء يمكن أن تقلل من سماكة طبقة الأكسيد على سطح الخام بنسبة 50%-70%. ومن الجدير بالذكر أن التأثير التآزري للطلاء وطبقة ما قبل الأكسدة يمكن أن يحسن من مرونة سطح البليت، مما يزيد من استطالة العينات المزورة بنسبة 15%-20%.
3. تقنية تحسين وسط التسخين:
(1) التحكم في تسخين الفرن الكهربائي العادي: عند التسخين في فرن كهربائي تقليدي، يتم التحكم في درجة الحرارة بشكل صارم فوق درجة حرارة التحويل المتآصلة ويكون وقت الاحتفاظ أقل من أو يساوي ساعة واحدة لتجنب امتصاص الغاز الواضح على السطح. يمكن إزالة طبقة الأكسيد المتكونة بشكل فعال عن طريق السفع الرملي، ويتم التحكم في معدل فقدان المواد في حدود 5%. (2) تقنية تسخين طبقة التسييل الزائفة - للمادة السائبة: تعمل هذه التقنية على تسخين البليت عن طريق دفنها في طبقة تسييل زائفة - مكونة من وسائط حبيبية (مثل مسحوق الألومينا)، وتستخدم الحركة النسبية المكثفة بين جزيئات الوسائط لتعزيز التبادل الحراري. تظهر التجارب أن كفاءة نقل الحرارة أعلى بمقدار 1.5 مرة من كفاءة فرن الحمل الحراري القسري، وتقترب من مستوى فرن الملح المنصهر. يمكن لهذه التقنية تحقيق تسخين سريع وموحد للبليت، وتقصير وقت التسخين بنسبة 40% إلى 60%، وفي نفس الوقت تقليل ميل الأكسدة بشكل كبير من خلال تأثير عزل الوسط، مما يقلل سمك طبقة الأكسيد السطحية بأكثر من 80%.
حالة التطبيق: استخدمنا تقوية التشتت Y₂O₃ + طلاء الانتشار الحراري على أقراص توربينات سبائك النيوبيوم - المصنوعة من التيتانيوم، مما أدى إلى زيادة قوة الزحف عند 650 درجة بنسبة 35% وتقليل معدل الزحف إلى 1×10⁻⁸/s.
رابعا. تحسين عملية المعالجة السطحية:
يعد السفع الرملي بعد الحدادة خطوة أساسية في تحسين أداء المطروقات. يمكن أن يؤدي السفع الرملي التقليدي إلى إزالة طبقة الأكسيد السطحي وطبقة امتصاص الغاز-، مما يقلل من قيمة Ra خشونة السطح إلى أقل من 3.2 ميكرومتر، مع تحسين اللدونة في نفس الوقت من خلال تقوية السطح. بالنسبة للفراغات ذات الطلاء المينا الزجاجي، يجب التحكم في ضغط السفع الرملي ضمن نطاق 0.3-0.5 ميجا باسكال لتجنب حدوث ضرر مفرط للمادة الأساسية.
خامسا: الاستنتاجات:
1. يمكن للتطبيق التآزري لمعالجة ما قبل الأكسدة - وطلاء مينا الزجاج إنشاء نظام حماية ثنائي الطبقة -من "التحكم النشط في الأكسدة + حماية العزل السلبي"، مما يؤدي إلى تحسين جودة سطح مطروقات سبائك التيتانيوم بشكل ملحوظ.
2. تحقق تقنية تسخين طبقة التسييل الزائفة - للمواد السائبة الأهداف المزدوجة المتمثلة في التحكم الفعال في التسخين والأكسدة من خلال تحسين آلية نقل الحرارة، مما يجعلها مناسبة بشكل خاص للإنتاج الضخم للمطروقات ذات الأشكال المعقدة -.
3. يعد التحكم الدقيق في معلمات العملية (درجة الحرارة، والوقت، وضغط السفع الرملي، وما إلى ذلك) أمرًا بالغ الأهمية لضمان الأداء الشامل للمطروقات من سبائك التيتانيوم؛ يجب وضع مواصفات عملية موحدة وفقًا لدرجات محددة من السبائك.
يعد التحكم في الأكسدة السطحية للمطروقات من سبائك التيتانيوم في الأساس مشروعًا شاملاً لهندسة النظام يدمج "العملية والبيئة والمعالجة اللاحقة{{0}".
بدعم من الصناعات المحلية في باوجي، أصبح التشكيل بالفراغ + الحماية من الغاز الخامل + التخليل والتخميل هو الحل الرئيسي، في حين أن الطلاء ذو درجة الحرارة العالية -والتحكم الرقمي يدفعانه نحو هدف "الأكسدة الصفرية".
بالنسبة إلى-المجالات المتطورة مثل الفضاء الجوي والطاقة النووية، يعد التشكيل بالفراغ + طلاء PVD هو المسار النهائي لتحقيق "خدمة-درجة الصفر من الأكسدة."
