Comment analyser systématiquement la technologie de modification de l’alliage de surface des plaques de titane ?

Plaques de titanesouffrent d'une dureté de surface, d'une résistance à l'usure, d'une résistance à l'oxydation à haute température-et d'une résistance à l'usure par fretting insuffisantes. Dans des conditions de travail complexes, ils sont sujets à l'usure, à l'oxydation et à la corrosion, ne répondant pas aux exigences de service à long terme-des applications haut de gamme. L'alliage de surface constitue un processus de renforcement courant pour les plaques de titane. En adoptant des méthodes physiques, chimiques et métallurgiques pour diffuser des éléments d'alliage dans la couche superficielle des plaques, la composition et la microstructure de la couche superficielle sont modifiées. En partant du principe de conserver les propriétés inhérentes du substrat, les propriétés de surface, notamment la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion et la résistance aux températures élevées -, sont simultanément améliorées.

 

 

Différent des revêtements ordinaires, l'alliage de surface des plaques de titane forme une couche dégradée via une liaison métallurgique par diffusion d'éléments, éliminant ainsi le risque de pelage du revêtement. Sous l'action de l'énergie thermique, des éléments tels que le bore, l'azote, l'aluminium et le chrome pénètrent dans la couche superficielle de titane pour former des phases dures et restructurer la microstructure de la surface, de manière à renforcer les performances de la surface de manière ciblée.

 

 

1. Alliage par traitement thermique chimique

Nitruration

Le procédé le plus largement adopté. La nitruration à 500 ~ 650 degrés génère des couches dures de TiN et Ti₂N avec une forte liaison, une excellente résistance à l'usure et une résistance à l'usure par fretting, largement appliquées aux composants de précision aérospatiaux. Ses inconvénients incluent de longs cycles de traitement, de fines couches nitrurées à basse température, des grains de substrat grossiers et une ductilité réduite à haute température.

Cémentation

Les éléments de carbone se diffusent dans le substrat pour former une couche de TiC durcie, qui peut augmenter la résistance à l'usure du Ti-6Al-4V de 3 à 5 fois. Cependant, il a tendance à provoquer une oxydation à haute température et l'uniformité de la couche carburée dépend de l'état de surface du substrat, ce qui la rend inadaptée aux pièces en titane de haute précision à parois minces.

ennuyeux

Produit des couches de TiB et de TiB₂ de haute-dureté avec une résistance optimale à l'usure, à la corrosion et à l'oxydation à haute-température. Néanmoins, la couche modifiée présente une grande fragilité et a tendance à se fissurer sous l'impact ; le processus consomme également énormément d’énergie et prend un long temps de traitement, il est donc rarement utilisé pour les composants de précision.

Cimentation des métaux

Des éléments tels que l'aluminium, le chrome et le molybdène sont infiltrés pour former une couche dégradée, principalement pour la résistance à l'oxydation et à la corrosion à haute température. L'aluminisation peut former un film d'oxyde dense, qui s'adapte aux composants aérospatiaux à haute température-. Le principal inconvénient réside dans la lenteur de diffusion des éléments métalliques, ce qui rend difficile la fabrication de couches modifiées épaisses.

 

2. Alliage de surface à faisceaux à haute-énergie

Des sources de chaleur à haute énergie-, notamment des lasers et des faisceaux d'électrons, sont utilisées pour faire fondre la couche superficielle des plaques de titane et des poudres d'alliage, formant ainsi des couches d'alliage denses in situ. Ce processus offre des effets de renforcement remarquables avec des paramètres réglables et un minimum de dommages au substrat.

Il est divisé en deux modes de traitement laser : -revêtement en poudre pré-placé et alimentation en poudre synchrone. Une fusion et une solidification rapides via un traitement laser peuvent produire des couches modifiées denses à grains fins-avec une épaisseur et une composition réglables. Des revêtements fonctionnels tels que le titane-cuivre et le titane-argent peuvent être préparés, et des processus optimisés peuvent réduire les pores et les fissures sans altérer les performances du substrat.

Ses limites impliquent des équipements coûteux, une faible efficacité de production de masse pour le traitement de grandes-zones et une grande difficulté de débogage des paramètres de processus.

 

3. Alliage par dépôt en phase vapeur

PVD

Revêtement sous vide à basse-température qui permet d'obtenir des revêtements lisses et uniformes sans dommages thermiques et qui est respectueux de l'environnement, améliorant la dureté de la surface et la résistance à l'usure.

MCV

Formation de film par des réactions en phase gazeuse-avec une liaison de film-substrat plus forte, capable de traiter des plaques de titane de forme spéciale-.

Les inconvénients communs aux deux processus incluent de fines couches modifiées et une durée de vie limitée, qui ne s'appliquent qu'aux conditions de travail à faible-charge et à faible-usure plutôt qu'aux scénarios industriels à forte-charge.

 

 

1. Traitement thermique chimique

Faible coût, adapté à la production de masse et forte liaison film-substrat. Il est principalement utilisé pour la protection de base contre l'usure et la corrosion des pièces industrielles conventionnelles en titane, mais il nécessite de longs cycles de traitement, peut endommager les substrats à des températures élevées et n'apporte qu'une amélioration d'une seule -fonction.

 

2. Alliage de faisceaux laser à haute énergie-

Performances de renforcement exceptionnelles, revêtements multifonctionnels-personnalisables, dommages mineurs au substrat, applicables aux-pièces en titane de précision haut de gamme dans des conditions de travail extrêmes. Ses inconvénients sont le coût élevé des équipements et une faible efficacité pour la production de masse.

 

3. Dépôt en phase vapeur

Haute précision de traitement, aucune déformation de la pièce et qualité de surface supérieure, idéale pour les pièces de précision à parois fines et les matériaux médicaux en titane soumis à des charges légères. Cependant, la fine couche modifiée ne peut pas résister à une abrasion sous forte charge-.

 

Principes de sélection

Pièces à usiner-produites en série à lourdes charges- : traitement thermique chimique

Pièces de précision haut de gamme personnalisées pour les industries aérospatiale et médicale : alliage laser

Composants à parois minces-de haute-précision avec de faibles exigences d'usure : dépôt en phase vapeur

 

 

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