Quelles sont les méthodes de traitement de surface des alliages de titane ?

Les alliages de titane sont largement utilisés dans les domaines de l'aviation, de l'industrie chimique et biomédicale. Néanmoins, leur faible dureté et leurs propriétés malheureuses d’usure et de diminution des contacts limitent leurs applications. l'utilisation de l'innovation en matière d'ajustement de surface pour travailler sur les propriétés d'un niveau superficiel de l'alliage de titane a suscité de nombreuses considérations. Le traitement chimique ou l'oxydation chimique est généralement la méthode la plus courante pour augmenter la force de liaison entre le substrat et la couche de revêtement ainsi que la résistance de la surface à la corrosion. Cependant, le film d'oxyde obtenu par oxydation chimique est mince et présente une résistance à la corrosion et une durabilité médiocres. Le placage chimique et la galvanoplastie sur le titane sont difficiles à cause du film d'oxyde à sa surface. En revanche, le traitement d’oxydation par micro-arc est généralement considéré comme la méthode de traitement de surface des alliages de titane la plus prometteuse à l’heure actuelle.

Généralement, le titane et les alliages de titane ont une résistance à l'usure plus faible que les alliages biologiques couramment utilisés, l'alliage CoCr et l'acier inoxydable 316L, et la poudre d'usure produite peut avoir des effets néfastes sur le corps biologique. Par conséquent, certains alliages de titane nouvellement développés à usage biologique nécessitent souvent un traitement de surface approprié pour améliorer leur résistance à l’usure avant d’être utilisés in vivo. Afin d'améliorer encore la résistance à la corrosion, la résistance à l'usure, la résistance au fretting, la résistance à l'oxydation à haute température, etc. des alliages de titane, le traitement de surface des alliages de titane est un moyen efficace d'élargir davantage le champ d'utilisation des alliages de titane. On peut dire que l'utilisation actuelle des métaux presque toutes les méthodes de traitement de surface ont été appliquées au traitement de surface des alliages de titane, notamment le placage métallique, le placage chimique, la diffusion thermique, l'anodisation, la pulvérisation thermique, la technologie ionique à basse pression, l'électronique. et l'alliage de surface au laser et le revêtement par pulvérisation magnétron sans équilibre. , nitruration ionique, production de films PVD, placage ionique, nanotechnologie, etc. Il semble que la formation de revêtements d'infiltration TiO, TiN et TiC sur la surface des alliages de titane et le traitement d'oxydation de surface des nanofilms multicouches TiAlN pour améliorer leur résistance à l'usure de surface sont toujours au centre des recherches.

Dépôt liquide :Revêtement biocéramique par dépôt liquide sur surface TC4. Ces dernières années, des recherches exploratoires sur la préparation de revêtements biocéramiques sur la surface des implants matriciels en alliage de titane par traitement chimique ont été rendues publiques. Par exemple, le processus de traitement alcalin en deux étapes proposé en utilisant un processus de traitement NaOH ou H2O2 à haute concentration, et certaines personnes ont introduit des modulateurs tels que le vinyltriéthoxysilane et le polyacrylate de sodium pour obtenir des revêtements biocéramiques. Après un simple prétraitement acide-base, l'alliage de titane TC4 est immergé et déposé dans une solution de calcification rapide (FCS) qui simule le fluide corporel, afin d'obtenir des composites de revêtement biocéramique HA à base de titane liés par gradient avec une bonne activité biologique. L'étude de cette méthode a une signification théorique très importante et une valeur économique potentielle pour l'application directe d'alliages de titane comme matériaux d'implants de tissus durs.

Traitement d'oxydation de surface :Par rapport à d’autres technologies de traitement de surface, l’implantation ionique présente de nombreux avantages. Par rapport au dépôt physique ou chimique en phase vapeur, les principaux avantages sont : ① Le film est bien combiné avec le substrat et présente une forte résistance aux effets mécaniques et chimiques sans se décoller ; ② Implantation Le processus ne nécessite pas d'augmentation de la température du substrat, maintenant ainsi la précision géométrique de la pièce ; ③ Le processus a une bonne répétabilité, etc. De nombreux chercheurs ont rapporté que l'implantation d'ions azote a un bon effet sur l'amélioration de la composition de surface, de la microstructure, de la dureté et des propriétés tribologiques de l'alliage de titane Ti6Al4V. Le TiC est également une phase très dure, de sorte que l'implantation ionique de carbone dans les alliages de titane peut également renforcer la surface des alliages de titane. Cependant, étant donné que l'implantation ionique à base de plasma n'est pas un processus continu, lorsque chaque potentiel d'impulsion négatif est appliqué, lorsque le potentiel d'impulsion chute de zéro à la valeur de vallée, puis remonte à zéro, deux processus, la pulvérisation et l'implantation, se produisent. Si le plasma contient des ions métalliques ou carbone, lorsque le potentiel d'impulsion est nul, une seule couche de dépôt de carbone se formera à la surface dans certaines conditions. Sous une certaine tension d'impulsion (10~30kV), la structure de cette couche de carbone unique est du carbone de type diamant (DLC). En conséquence, une couche de modification de surface présentant un coefficient de frottement plus faible et une meilleure résistance à l'usure que la couche injectée d'azote peut être obtenue. Il a été déterminé expérimentalement que la couche de carbone unique à la surface était un film DLC. La dureté superficielle de l'alliage de titane ainsi traité est multipliée par 4. Lorsque le même matériau forme une paire de friction, dans des conditions de friction sèche, le coefficient de friction chute de 0,4 à 0,1 et la résistance à l'usure est plus de 30 fois supérieure à celle sans implantation ionique. .

Dépôt amélioré par faisceau d’ions (IBED) :Un film dur CrC a été préparé à l'aide de la méthode de dépôt amélioré par faisceau d'ions (IBED), qui peut être utilisée pour la protection contre l'usure par fretting des alliages de titane. La recherche montre que le CrC présente les meilleures caractéristiques de fatigue de contact ; et le film CrC revêtu après grenaillage présente la résistance à l'usure par fretting la plus élevée. Bombardement ionique : après traitement de surface de l'alliage de titane TC11 par bombardement ionique azote, une couche modifiée composée de TiN et Ti2N peut être obtenue en surface, avec une dureté de 600 ~ 800HV ; l'augmentation de la dureté de surface est propice à l'amélioration de la résistance à l'usure de l'alliage de titane TC11. Nitruration plasma etgrenaillage:Le dispositif d'alimentation plasma à impulsion CC est utilisé pour nitrurer la surface de l'alliage de titane Ti6Al4V, et le renforcement de la déformation par grenaillage (SP) est utilisé pour post-traiter la couche de nitruration. TiN, Ti2N et Ti2A1N sont obtenus à la surface de l'alliage de titane. Couche nitrurée composée de phases égales, cette couche modifiée peut améliorer considérablement la résistance conventionnelle à l'usure et au fretting (FW) des alliages de titane, mais réduit la résistance FF du matériau de base. Les propriétés de réduction du frottement et d'usure de la couche nitrurée fonctionnent en synergie avec la contrainte de compression résiduelle de surface introduite par le SP, ce qui permet à la résistance de l'alliage de titane FF de dépasser celle du SP seul. L'amélioration de la ténacité de la couche nitrurée est très importante pour améliorer les propriétés FF et FW

d'alliages de titane. Membrane DLC :La membrane composite de carbone possède des propriétés physiques, mécaniques et chimiques uniques et a fait l’objet de nombreuses études. L'objectif principal de l'utilisation d'une méthode de dépôt chimique en phase vapeur améliorée par plasma radiofréquence pour préparer des films de carbone de type diamant est d'améliorer la dureté de surface et la résistance au frottement des alliages de titane. Les résultats des tests montrent que si la teneur en titane du film dépasse 9 %, la dureté du film diminuera et la force de liaison de la base du film est également limitée.

Oxydation micro-arc AC :L'oxydation par micro-arc (MAO) est une nouvelle technologie permettant de faire croître des films de céramique d'oxyde sur des surfaces métalliques. Il s'est développé à partir de l'anodisation, mais il appliquait une haute tension de plusieurs centaines de volts, dépassant ainsi les limites de tension de l'anodisation. Cette technologie transforme directement le métal de base en céramique d'oxyde grâce à un frittage instantané à haute température et haute pression dans la zone de décharge par micro-arc, et obtient un film d'oxyde plus épais. Pour le film d'oxydation par micro-arc sur la surface de l'alliage de titane, la dureté du film obtenu est élevée et il se combine bien avec la matrice métallique. Il améliore la résistance à l'usure, la résistance à la corrosion, la résistance aux chocs thermiques et les propriétés d'isolation de la surface de l'alliage de titane et présente des perspectives d'application dans de nombreux domaines.