Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока

Анодное оксидирование сплавов титана с использованием импульсного тока

Анодное оксидирование (анодирование) применяется для улучшения свойств поверхности металла. Импульсное анодирование (с использованием импульсного тока) проводится для придания поверхности изделия большей физической износостойкости и защиты от коррозии, в том числе при взаимодействии с другими материалами, а цветное (с использованием тока постоянной плотности) — в основном для для окраски. Анодированию могут подвергаться многие металлы, но обычно его используют для обработки изделий из алюминия и титана, а также сплавов на их основе.

Цветное анодирование преследует в основном декоративные и маркировочные цели, поскольку тонкий окрашенный слой обеспечивает только минимальную защиту от коррозии.

Для формирования оксидной пленки повышенной толщины на титановых сплавах в промышленности используется импульсное анодирование — защитный слой, получаемый с его помощью, отличается повышенной твёрдостью и способностью удерживать смазку, что позволяет использовать высокодисперсные смазочные составы, а также сохраняет все основные свойства обработанного сплава без потери прочности или предела усталости. Стоит отметить, что полученное таким методом покрытие имеет ряд преимуществ:

  • Низкий коэффициент трения.
  • Повышенная химическая стойкость.
  • Повышенная адсорбционная способность.
  • Высокая термостойкость.
  • Высокое значение пробивного напряжения.

Существуют различные методы импульсного анодирования, позволяющие, например, при высокой плотности тока получить ровное покрытие повышенной твёрдости на титане и его сплавах — для титана это условия искрового разряда при напряжении 80-250 В и плотности тока 10-80 А/дм2.

Сам процесс импульсного оксидирования в промышленных условиях обычно состоит из следующих этапов:

  1. Монтаж обрабатываемых деталей на приспособления для анодирования.
  2. Химическое обезжиривание деталей (в соответствии с производственной инструкцией).
  3. Промывка в горячей (40-50 градусов) проточной воде многократным окунанием.
  4. Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.
  5. Непосредственно анодирование.
  6. Промывка в холодной проточной воде многократным окунанием.
  7. Сушка.
  8. Демонтаж изделий с приспособлений для анодирования.
  9. Контроль результата с помощью осмотра и проверки толщины анодного покрытия (до 5 мкс — оценкой напряжения пробоя, выше — с помощью толщинометра).

Рассмотрим один из вариантов анодирования более подробно. В качестве электролита используется следующий состав: серная кислота (плотность 1,84) — 205 мл/л, ортофосфорная кислота (плотность 1,7) — 15 мл/л, вода — остальное. Температура электролита 5 гр.С. Длительность импульса тока — 0,1-0,3 сек., частота импульсов — 60-120 имп/мин, плотность тока в импульсе — 5-10 А/дм2. При этом в зависимости от соотношения длительности импульса и паузы формируются пленки различной толщины и качества. При плотности тока 1-2 А/дм2 толщина покрытия составит 2-3 мкм, при наличии мощного источника питания можно получить толщину покрытия до 20 мкм. (при плотности тока до 50 А/дм2). Важно, что использование современных выпрямителей позволяет получить покрытия значительно большей толщины — 20 мкм и более за счёт улучшения параметров импульсов. Например, агрегаты выпрямительные Пульсар СМАРТ, производства компании Навиком, на основе силовых модулей МС 32А/300V позволяют проводить процесс анодирования при высоких плотностях тока (до 160 и выше А/дм2) и рабочих напряжениях до 300 В, регулируя частоту (до 200 Гц) и длительность (от 1 мс) импульсов.

Как понятно из описания выше, качество и толщина покрытия будет в первую очередь зависеть от набора качественных показателей импульсов, генерируемых источником питания — выпрямителем, который должен обеспечивать импульсы требуемых параметров. Традиционно, для анодирования использовались тиристорные преобразователи различных типов, требующие для своей работы дополнительных элементов: силового ключа, управляющегося мультивибратором, разделительного трансформатора соответствующей мощности в сети питания источника, дополнительного сглаживающего реактора и прямого вентиля на выходе источника для компенсации противо-ЭДС ванны с электролитом. Все это вынужденные меры исходя из уровня развития технологий того времени.

Вместо морально устаревших схем в настоящее время целесообразно использовать современные инверторные выпрямители. Они не только обеспечивают более высокое качество импульсов за счёт использования актуальных на сегодняшний день технических решений, но и позволяют получить гораздо большую гибкость настроек параметров: тока, напряжения, длительности и частоты, что даёт возможность создания оксидного покрытия практически любой требуемой толщины и качества.

Отличным решением для промышленных предприятий будет использование выпрямителей серии Пульсар СМАРТ от российской компании «Навиком», которая уже почти двадцать лет поставляет на отечественный и мировой рынок промышленные выпрямительные агрегаты. Основные преимущества выпрямителей от «Навиком» для анодного оксидирования:

  1. Фронт/спад импульса 160 мкс.
  2. Минимальная длительность импульса 1. 2 мс.
  3. Отсутствие выбросов и провалов в форме импульса тока.
  4. Частота импульсов до 200 Гц.
  5. Высокий КПД преобразования, что позволяет добиться существенной экономии энергоресурсов.
  6. Низкий коэффициент пульсаций, что в случае работ по анодированию значительно повышает качество оксидного слоя.
  7. Высокая стабильность поддержания параметров технологического тока.
  8. Гибкость регулировок и наглядность управления.
  9. Собственная сервисная служба, обеспечивающая оперативное и качественное решение вопросов, связанных с работой выпрямителей в течение всего срока эксплуатации.

Выпрямители Пульсар СМАРТ производства ООО «Навиком» разработаны в соответствии с требованиями Российских и международных стандартов и предназначены для решения широкого спектра задач промышленности. При этом специалисты Навиком всегда готовы адаптировать возможности выпрямителей к требованиям заказчика для обеспечения его потребностей.

Источник:
http://www.elec.ru/articles/anodnoe-oksidirovanie-splavov-titana-s-ispolzovani/

Технология и способы анодирования титана

Анодирование титана в домашних условиях. Процесс анодного оксидирования поверхностей титановых сплавов. Преимущества и недостатки процедуры. Способы осуществления оксидного анодирования самостоятельно.

Анодированием металла называют электрохимическую обработку, в результате которой на поверхности объекта обработки образуется оксидная пленка. Барьерное покрытие прекрасно предохраняет изделие из титана от окислов и ржавчин, а также имеет декоративный внешний вид. Процедуру анодирования металлических сплавов можно осуществить самостоятельно, используя подручные средства.

Цель анодирования титана

В процессе анодирования изделие из титана покрывается оксидной пленкой, которая образуется из самого металла в результате электрохимической реакции.

Анодирование изделий из титана также называют анодным оксидированием. Если сравнивать анодирование в условиях промышленного производства с применением специального оборудования и самостоятельное покрытие оксидной пленкой, то, конечно, второй способ несколько уступает качеством результата. Но тем не менее металл, обработанный в домашних условиях, приобретает ряд неоспоримых преимуществ:

  1. Оксидная пленка выполняет защитные функции, не позволяя влаге проникнуть к металлической основе изделия. Барьер предотвращает образование коррозии, что продлевает сроки эксплуатации предметов быта из титанового сплава.
  2. Анодирование титана укрепляет поверхность изделия и делает его более устойчивым к различным видам внешних повреждений.
  3. Металлические изделия после анодного оксидирования частично или полностью теряют способность проводить электрический ток.
  4. Посуда с оксидным покрытием выдерживает длительный нагрев, обладает антипригарными свойствами и не выделяет токсичных веществ во время приготовлении пищи.
  5. Если изделие из титана прошло оксидную обработку, это не является препятствием к другим видам обработки посредством гальванизации.
  6. Регуляция силы тока и составляющих электролитической жидкости позволяют сделать оксидное покрытие не только более прочным, но и красивым. Применение красителей позволит придать изделию привлекательный внешний вид.

Анодирование титана в условиях производства позволяет провести более глубокую обработку деталей, однако даже в домашних условиях можно добиться повышения износостойкости металлических изделий.

Способы и методы

Холодный метод

Согласно уравнению оптимальная температура, при которой необходимо осуществлять процессы анодирования по данной технологии, – 0 °C. Однако допустимы колебания от –10 до +10 °C. Именно при таких температурных нормах происходит образование прочной и целостной оксидной пленки на поверхности детали из титанового сплава. Холодный метод позволяет в домашних условиях провести процедуру твердого анодного оксидирования.

При правильной регулировке силы тока можно осуществить напыление с помощью гальваники, используя в качестве материала золото, медь или хром. Такое барьерное покрытие защитит изделия из титана от окислов и ржавчин, что продлевает срок его службы до нескольких десятков лет.

Главный недостаток такой технологии анодирования – невозможность дальнейшей покраски объекта обработки.

Теплый метод

Технология предусматривает использование органических красителей, благодаря которым металлу можно придать удивительно красивый декоративный вид. Подойдут как готовые красящие составы, так и подручные красители из домашней аптечки: йод, зеленка, марганцовка, йодинол и прочее.

К сожалению, такая технология не рассчитана на проведение твердого анодирования. Барьерные свойства оксидной пленки очень слабые, как и защита от механических повреждений. Однако при дальнейшем окрашивании оксидное покрытие проявляет высокие адгезивные способности. Эмалевые краски прекрасно сцепляются с таким покрытием, и в свою очередь обеспечивают изделию из титана надежную защиту от коррозии.

Анодирование титана в домашних условиях

В домашних условиях анодирование осуществляется по следующей схеме:

  1. В контейнер, который не обладает электропроводимостью (стекло или пластмасса), помещают электролит.
  2. Собирается электрическая цепь, где источником электрического тока с постоянным напряжением может выступать блок питания (аккумулятор).
  3. Изделие из титана, которое нужно обработать, подключается зажимом к положительному заряду, после чего помещается в резервуар с электролитическим раствором.
  4. К отрицательному заряду крепятся пластины из нержавеющей стали из свинца, после чего также погружаются в электролит.

Если деталей, подключенных к «-», несколько, их необходимо расположить на одинаковом расстоянии от титанового сплава.

  1. Цепь активируется с помощью источника электрического тока, после чего деталь из титана начинает выделять кислород, способствующий образованию оксидного покрытия.

Не стоит забывать о предварительной подготовке изделия из титанового сплава к процедуре анодирования. Детали необходимо очистить от загрязнений и элементов ржавчины, после чего отполировать и промыть чистой водой. Титановый сплав должен несколько часов провести в щелочном растворе, после чего поверхность изделия тщательно обезжиривается.

Только после вышеперечисленных подготовительных мер титан можно погружать в электролит и приступать к анодированию.

Если у вас есть опыт проведения процедуры анодирования титана в домашних условиях, вы можете поделиться им в комментариях.

Источник:
http://wikimetall.ru/metalloobrabotka/anodirovanie-titana.html

Анодирование титана в домашних условиях

Тема создана для обмена опытом,так что не стесняемся,пишем,кидаемся ссылками,сам делал и в интернете многое видел,но всё найти,посмотреть,прочитать я не смогу.

Пришлось вытащить информацию по анодированию из старого компа.Думаю,это будет полезным.Сам начинал пробовать,почитав темы из мастерской,но информации не хватало,приходилось много экспериментировать.

Что нужно для анодирования в домашних условиях:
Источник питания 2-5А постоянного тока с регулировкой от 1 до 150В с шагом 1В.Я использую автотрасформатор 2А с выпрямителем.
Измеритель этого самого напряжения.У меня стрелочный вольтметр на корпусе ЛАТРа,больше используется как индикатор работы ЛАТРа и цифровой тестер для точного контроля.
Ёмкость под электролит для анодирования.В зависимости от электролита из стекла,пластика,металла.У меня колба от термоса из нержавейки,заодно служит катодом.
Электроды,анод обязательно из титана с возможность крепления обрабатываемой детали.Крепёж так же обязательно титановый.Катод может быть из любого металла.
Провода,чтобы всё это соединить.
Сам электролит,т.е. любая токопроводящая жидкость,кола,спрайт,уксус и т.п.Не рекомендую соль и соду,язвочки могут образоваться при напряжении выше 30В.Я последнее время использую лимонную кислоту,она не пахнет.
Этот же набор подходит для анодирования алюминия.

Читайте также  Взрыв резака - Остальные вопросы - Форум сварщиков Вебсварка

Начнём с того,что не все марки титана подходят для анодирования.Наибольшая цветовая гамма и насыщенные цвета можно получить на сплавах ВТ-20 и ВТ-6.На сплавах,содержащих молибден и хром качество анодных плёнок более низкое.Сплавы,содержащие марганец,типа ОТ-4 не очень подходят для анодирования из-за малой цветовой гаммы и особенно из-за неравномерности покрытия(фото будут ниже).У чистого титана также ограничена цветовая гамма.Это в основном теория,сами знаете,не многие продавцы знают марку титана,а на зуб её не определить ,нужно пробовать анодировать.
Дальше,картинки соответствия цвета и напряжения не соответствуют истине,точнее соответствуют определённым условиям,т.е. используемому электролиту,температуре электролита,плотности тока,марке титана, которые не указаны.

Анодирование титановых сплавов позволяет получить различные интерференционно —
окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета,
включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета).
На титановых сплавах можно получить и различно окрашенные участки поверхности. Это может быть
достигнуто последовательным погружением изделия в электролит с соответствующим уменьшением
подаваемого напряжения. Можно использовать и метод повторного анодирования изделия при
соответствующей изоляции поверхности. Процесс анодирования начинается с более высокого
напряжения. Особенность такого окрашивания в том, что различно окрашенные участки поверхности
могут находится рядом, не влияя друг на друга.

Реально сейчас насыщенный зелёный получил только на проволоке марки ХЗ,розовый не получил ни разу,малиновый получился только при 170В,когда уже должен был получится защитный слой серого или тёмно-серого цвета.Но марка титана ХЗ вообще загадочная

Это ОТ-4,электролит уксус,напряжение 75В,время 5мин.
Реально цвет от половой краски до золота,но пятнами.Поверхность подготовлена,про подготовку поверхности ещё напишу.

Здесь знаменитая марка ХЗ и попытка получить защитное покрытие,а не декоративное.Попытка почти удалась,покрытие заметно твёрже поверхности титана.А почти потому ,что покрытие неоднородно и при одинаковых условиях и одном куске титана сильно отличается.Причину тоже знаю,электролит за время опытов сильно нагрелся,а для качественного покрытия он должен быть холодным.
Пока готовлюсь писать дальше,предлагаю посмотреть видео,правда без звука.Не очень хорошо,но видно как изменяется цвет в зависимости от напряжения.Скоро будет второе видео,получше будет видно.Источник тока автотрансформатор с выпрямителем 2А,электролит лимонная кислота,марка титана не извесна.

В результате получилось переливчатое серо-зелёно-малиновое покрытие,которое второй час пытаюсь сфотографировать.Глаз видит а объектив нет.Придётся ждать до завтра.

Кажется здесь видно лучше,звук тоже убрали,сам лоханулся со звуковой дорожкой,все мои коменты пропали.Кому интересно-спрашивайте,постараюсь оперативно ответить(сп.здел,извиняюсь,рядом с интернетом буду только в пятницу)

Теперь про подготовку поверхности.На каком-то из форумов читал,что подготовка не нужна.Возможно это подходит для маленьких деталей типа винтиков,шпеньков,бонок.Для более крупных по площади деталей подготовка поверхности важна.Покрытие получается более насыщенным по цвету,более равномерным и более стойким.

Как это делается на производстве:
V. Подготовка поверхности изделий к анодированию
Детали и изделия монтируют на титановые подвески и крепят зажимами или болтами из титана,
что обеспечивает хороший контакт элементов конструкций с медными штангами.
Обезжиривание шлифованных и отпескоструенных изделий проводит в 1%-ном растворе
сульфанола НП-3 при 40-50ОС в течении 1-2 мин. или в 1%-ном растворе КМ-1 70-80ОС, 1-2 мин.
Обезжиривание полированных деталей проводят в смеси кислот:
10 — 75 г CrO3 + 100 мл H2SO4 (уд. вес 1,84), при комнатной температуре, продолжительность
обработки до 1мин.
Этот состав может быть также использован для удаления с анодированных полированных изделий
захватов от пальцев и других жировых пятен.
После обезжиривания детали промывают, неоднократно погружая их сначала в горячую
(80-90ОС), затем в холодную воду. Обмен воды — 1 объем в час.
Травление производят в следующих растворах:
1. 10% азотной кислоты (уд. вес 1,34) + 2% плавиковой кислоты (40%);
2. 44% азотной кислоты (уд. вес 1,34) + 10% плавиковой кислоты (40%).
Температура раствора комнатная. Продолжительность травления 1-2 мин.
Примечание: Первый раствор используют лишь для травления титана и малолегированных
титановых сплавов.
Облагораживание проводится с целью удаления окисных слоев и способствует получению ярких и
чистых тонов анодно — окисных пленок. Облагораживание проводится в растворе следующего
состава (мл/л):
Азотная кислота (уд. вес 1,4) 700 + 50;
Фтористоводородная кислота (уд. вес 1,13) 200 + 20;
Вода остальное
Режим: температура раствора не выше 28ОС, время обработки от 30 с до 10 мин.

Про подвеску на титан кстати очень важно,электрод к обрабатываемой детали,если она полностью погружена в электролит,обязательно должен быть из титана,иначе ни чего не выйдет.
Теперь про то как я подготавливаю поверхность «на коленке»:
Травление в щавелевой кислоте,если деталь не полируется,наверное годится любая кислота,пока не пробовал.Облагораживать не в чем,поэтому основная обработка-шлифовка наждачкой 1000грит.Важно хорошо промыть после этого,даже когда деталь не пачкает руки или ,например фильтровальную бумагу сухую,которой я пользуюсь,таже бумага с растворителем заметно чернеет.Лучше промывать рядом с ёмкостью для анодирования и сразу опустить деталь в электролит.

Если марка титана известна,начинаем процесс.Задача-плавно и достаточно быстро поднять напряжение с 0 до напряжения,соответствующего нужному цвету.

Если марка титана ХЗ,то опять же плавно но достаточно медленно поднимаем напряжение до,как нам кажется,нужного цвета.Поэтому и колу не рекомендую использовать-в пузырьках и так плохо видно,а в коле не видно ничего.Достаём деталь,промываем,протираем,сушим,смотрим.Попали в цвет-повезло,ещё не достигли нужного-тоже повезло,опускаем в электролит и повторяем всё по новой,останавливаясь на более высоком напряжении.А вот если цвет проскочили,то всё посложнее.Нужно убрать покрытие и снова подготовить поверхность.И снова в электролит и так до нужного цвета.

Теперь завимость цвета от напряжения и марки шлифованного или стпескоструенного титана.Но это для промышленных предприятий,там другое оборудование,другой электролит и другие возможности.

ВТ20,ВТ6
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Тёмно-голубой
30В Голубой
35В Светло-голубой
40В Слабовыраженный светло-зелёный
45В Светло-жёлтый
50В Жёлтый
55В Жёлто-розовый
60В Светло-розовый
65В Розовый
70В Розово-малиновый
75В Малиново-фиолетовый
80В Бирюзовый
85В Зелёный
87В Жёлто-зелёный

ВТ14,ВТ15,ВТ16,ВТ3-1,4201.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Тёмно-голубой
30В Голубой
35В Светло-голубой
40В Слабовыраженный светло-зелёный
45В Светло-жёлтый
50В Жёлтый
55В Жёлто-розовый
60В Светло-розовый
65В Розовый
70В Розово-малиновый
75В Тёмно-бирюзовый
80В Зеленовато-жёлтый

ВТ1-0,ВТ5-1.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Синий
20В Светло-синий
25В Голубой
30В Бледно-жёлтый
35В Светло-жёлтый
40В Жёлтый

ОТ4,ОТ4-1.
8В Светло-коричневый
10В Коричневый
12В Лиловый
15В Тёмно-синий
20В Синий
25В Голубой
30В Светло-голубой

И основные ошибки.
Торопиться не надо.
Почти на всех видео процесс протекает очень быстро.Сам такое снял,только потому,что смотреть 10 мин.на бурление пузырьков никому не интересно.Даже в прозрачном электролите из-за них ничего не видно,нужно выключить ИП,чтобы увидеть,что получается.При быстром увеличении напряжения пузырьков гораздо меньше и заметно изменение цвета,это и показывает видео.
На верхних фото результат анодирования очень не удобного для этого титана ОТ4.Попытка получить голубой цвет.Напряжение 25В,электролит лимонная кислота,время 20мин.Конечно долго,но площадь пластины примерно 300 кв.см.Заметна зависимость качества от подготовки поверхности.На верхнем фото слева наждачка 320грит,справа 1000грит,на нижнем старый оксидный слой не тронут.

Нельзя экономить на электролите,при промышленном анодировании концентрация кислоты в среднем 200 г/л.Желательно перемешивать электролит в процессе анодирования,особенно при небольшом объёме,можно воспользоваться аквариумным компрессором.

Обязательно качественно промыть деталь после электролита и высушить.
Например,не смытая кола за ночь серьёзно портит покрытие.И как эту гадость пьют

О трудностях фотографирования Очередная попытка получить зелёный на титане неизвесной марки,превысил напряжение на несколько вольт,в результате глаз видит золото,на солнце под некоторым углом вылезает полированная медь,а объектив увидел это:

Если долго мучиться. Не ровно,бледно,но всё же зелёный.Так и не понял,как получилось,был малиновый,достал из банки,вернул на место и получил яркий зелёный,поигрался с напряжением,вольт туда-сюда и . бледный с пятнами.Всё таки марку титана очень полезно знать.

Источник:
http://forum.guns.ru/forummessage/97/1228472.html

Оксидирование титана. Часть 2.

Анодное оксидирование титана (анодирование).

Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности металлов образуется покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.») или с помощью электричества.

Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.

Анодное оксидирование титана проводят с целью:

  • дополнительной защиты от коррозии;
  • повышения адсорбционной способности;
  • повышения износостойкости;
  • уменьшения задиров;
  • улучшения декоративности поверхности.

На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.

Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:

Раствор №1:

Серная кислота 50 – 60 г/л

Температура 15 – 25°С, плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.

Время обработки 50 – 60 мин.

При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.

Раствор №2:

Серная кислота 18%-ный раствор

Температура 80ºС, плотность тока 0,5 А/дм2.

Время обработки до 8 часов.

Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.

Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.

Читайте также  Оборудование для производства бумажных стаканчиков для кофе

Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.

Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:

Серная кислота H2SO4 350 – 400

Соляная кислота HCl 60 – 65

Электрохимическое оксидирование титана проводят при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.

Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.

Состав электролита для получения тонких пленок:

5%-ый раствор щавелевой кислоты.

Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.

Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).

Декоративное анодирование титана.

При обработке сплава ВТ-5 в 15%-ном растворе H2SO4 с повышением температуры и напряжения на ванне окраска формируемых пленок изменяется от светло-коричневой до фиолетовой. Увеличение продолжительности электролиза также сказывается на окраске пленок (см. «Пассивация металлов»).

Меньшая зависимость окраски оксидных пленок от температуры наблюдается при введении в состав электролита хромового ангидрида.

Состав электролита для стабильного окрашивания титана, г/л:

Хромовый ангидрид CrO3 140

Цвет пленки в данном случае изменяется только с продолжительностью электролиза при постоянном напряжении или с величиной приложенного напряжения.

Так, при обработке титана ВТ1-0 в течение 15 мин и повышении напряжения от 5 до 50 В цвет пленки сначала бывает бледно-коричневый, затем синевато-фиолетовый и потом золотисто-желтый. При постоянном напряжении 50 В и увеличении продолжительности электролиза от 1 до 15 мин цвет пленки изменяется от светло-голубого до золотисто-желтого.

Анодированные изделия могут служить много лет без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий.

Источник:
http://blog.tep-nn.ru/?p=4033

Фрезерование титана: 10 советов по обработке

Основные проблемы, возникающие при обработке титана, и средства их решения

Основной проблемой, возникающей при обработке титана, является его склонность к задиранию и налипанию на инструмент. Также одним из усложняющих факторов является его низкая теплопроводность. Большинство металлов сопротивляются плавлению в гораздо меньшей степени, поэтому при контакте с титаном растворяются в нем, образуя сплавы. Это приводит к быстрому износу применяемого инструмента.

Чтобы уменьшить задирание и налипание, а также для отвода выделяемого тепла, применяют следующие способы:

  • при резке, а также иной обработке титана используют охлаждающие жидкости;
  • заточку изделий выполняют с применением инструментов, изготовленных из твердых сплавов металлов;
  • обработку металла резцами выполняют при гораздо меньших скоростях, чтобы избежать излишнего нагрева.

Эффекты налипания и задирания титана обусловлены его высоким коэффициентом трения, который относят к серьёзным недостаткам этого металла. В своем большинстве изделия из титана быстро поддаются износу, поэтому чистый состав этого металла редко используются для изготовления изделий, которые применяются в условиях трения и скольжения. При трении титан налипает на трущуюся поверхность, вызывая связывающий эффект и уменьшая скорость движения сообщающихся деталей. Способами, которые устраняют этот негативный эффект, выступают азотирование и оксидирование титана.

Азотирование титана — технологический процесс, который заключается в нагреве изделия из титанового сплава до температуры 8500С — 9500С и его выдержке в течение нескольких суток в среде чистого газообразного азота. В результате происходящих химических реакций на поверхностях изделия образуется пленка из нитрида титана, имеющая золотистый оттенок и обладающая большей твердостью, а также большим сопротивлением к стиранию. Изделия, прошедшие такую обработку, обладают повышенной износостойкостью и не уступают по своим характеристикам изделиям, изготовленным из поверхностно упрочнённых специальных сталей.

Оксидирование титана — распространенный метод, заключающийся в нагреве титанового изделия до 8500С и его резком охлаждении в водной среде, что вызывает образование на поверхности обрабатываемой детали плотной пленки, которая хорошо связывается с основным слоем материала. При этом сопротивление стиранию и общая прочность изделия возрастает в 15-100 раз.

Трудности обработки титана

Принято считать, что титан поддаётся механической обработке подобно нержавеющим сталям. Это значит, что обрабатывать титан в 4-5 раз труднее, чем обычную сталь, но это всё же не составляет неразрешимой проблемы. Основные проблемы при обработки титана — это большая склонность его к налипанию и задиранию, низкая теплопроводность, а также то обстоятельство, что практически все металлы и огнеупорны растворяются в титане, в результате чего представляет собой сплав титана и твёрдого материала режущего инструмента. Такая обработка вызывает быстрый износ резца.

Для уменьшения налипания и задирания и для отвода большого количества тепла, которое выделяется при резании, применяют охлаждающие жидкости. Точение заготовки производят спомощью резцов из твёрдых сплавов причём скорость обработки, как правило, ниже, чем при точении нержавеющей стали.

Если необходимо разрезать листы из титана, то эту операцию осуществляют на гильотинных ножницах. Сортовой прокат больших диаметров режут механическими пилами, применяяножовочные полотна с крупным зубом. Менее толстые прутки разрезают на токарных станках.

При фрезеровании титан остаётся верным себе и налипает на зубья фрезы. Фрезы тоже изготовляют из твёрдых сплавов, а для охлаждения применяют смазки, отличающиеся большой вязкостью.

При сверлении титана основное внимание обращают на то, чтобы стружка не скапливалась в отводящих канавках, так как это быстро повреждает сверло. В качестве материала для сверления титана применяют быстрорежущую сталь.

При использовании титана как конструкционного материала титановые детали соединяют друг с другом и с деталями из иных материалов разными методами.

Основной метод — сварка. Самые первые попытки сварить титанбыли неудачными, что объяснялось взаимодействием расплавленного металла с кислородом, азотом и водородом воздуха, ростом зерна при нагреве, изменениями в микроструктуре и другими факторами, приводимые к хрупкости шва. Однако все эти проблемы, ранее казавшиеся неразрешимыми, были решены в самые короткие сроки в наши дни сварка титана — обычная промышленная технология.

Но, хотя проблемы решены, сварка титана не стала простой и лёгкой. Основная её трудность и сложность заключается в необходимости постоянного и неукоснительного предохранения сварного шва от загрязнения примесями. Поэтому при сварке титана используют не только инертный газ высокой чистоты и специальные бескислородные флюсы, но и разнообразные защитные козырьки, прокладки, которые защищают остывающие.

Чтобы максимально снизить рост зерна и уменьшить изменения в микроструктуре, сварку ведут с большой скоростью. Почти все виды сварки производят в обычных условиях, применяя специальные меры для защиты нагретого металла от соприкосновение с воздухом.

Но мировая практика знает и сварку в контролируемой атмосфере. Такая защита сварного шва обычно необходима при выполнении особо ответственных работ, когда требуется стопроцентная гарантия того, что сварной шов не будет загрязнён. Если свариваемые части не велики, сварку ведут в специальной камере, заполненной инертным газом. Сварщик хорошо видит всё, что ему нужно через специальное окно.

Когда же сваривают большие детали и узлы, контролируемую атмосферу создают в специальных вместительных герметичных помещениях, где сварщики работают, применяя индивидуальные системы жизнеобеспечения. Разумеется, эти работы ведут сварщики самой высокой квалификации, но и обычную сварку титана должны проводить только специально обученные этому делу люди.

В тех случаях, когда сварка не возможна или попросту не целесообразна, прибегают к пайке. Пайка титана осложняется тем, что он при высоких температурах химически активен и очень прочно связан с покрывающей его поверхность — окисной плёнкой. Подавляющее большинство металлов непригодно для использования в качестве припоев при пайке титана, так как получаются хрупкие соединения. Только чистые серебро и алюминий подходят для этой цели.

Некоторые особенности резки и сверления титана

Нарезка заготовок является очень сложным технологическим процессом, сопровождающимся использованием специальных инструментов и оборудования. Листы разрезаются гильотинными ножницами, а заготовки из сортового проката — распиливаются механической пилой. Небольшие по диаметру пруты нарезают с помощью токарных станков.

Фрезерование титана остается наиболее сложным способом его обработки. Он налипает на зубьях инструмента (фрезы), что значительно затрудняет работу с заготовкой. Поэтому для такого способа применяют инструменты, изготовленные из твердого сплава металлов, а процесс обработки сопровождают использованием охлаждающих смазок и жидкостей, которые обладают большой вязкостью.

При выполнении операций сверления важно, чтобы стружка, образующаяся в результате сверления, не накапливалась в отводных каналах, в противном случае это может привести к преждевременному износу и поломке инструмента. При сверлении применяют фрезы, изготовленные из быстрорежущей стали.

Анодирование титана в домашних условиях

В домашних условиях анодирование осуществляется по следующей схеме:

  1. В контейнер, который не обладает электропроводимостью (стекло или пластмасса), помещают электролит.
  2. Собирается электрическая цепь, где источником электрического тока с постоянным напряжением может выступать блок питания (аккумулятор).
  3. Изделие из титана, которое нужно обработать, подключается зажимом к положительному заряду, после чего помещается в резервуар с электролитическим раствором.
  4. К отрицательному заряду крепятся пластины из нержавеющей стали из свинца, после чего также погружаются в электролит.

Если деталей, подключенных к «-», несколько, их необходимо расположить на одинаковом расстоянии от титанового сплава.

  1. Цепь активируется с помощью источника электрического тока, после чего деталь из титана начинает выделять кислород, способствующий образованию оксидного покрытия.
Читайте также  Дефекты сварочных швов и причины их образования, Строительный справочник, материалы - конструкции

Не стоит забывать о предварительной подготовке изделия из титанового сплава к процедуре анодирования. Детали необходимо очистить от загрязнений и элементов ржавчины, после чего отполировать и промыть чистой водой. Титановый сплав должен несколько часов провести в щелочном растворе, после чего поверхность изделия тщательно обезжиривается.

Только после вышеперечисленных подготовительных мер титан можно погружать в электролит и приступать к анодированию.

Если у вас есть опыт проведения процедуры анодирования титана в домашних условиях, вы можете поделиться им в комментариях.

Особенности соединения титановых изделий и их элементов

Если титановое изделие выступает элементом конструкции, то соединить детали, изготовленные из титановых сплавов, позволяет применение таких методов:

  • сварка;
  • пайка
  • механическое соединение с использованием заклепок
  • соединение с применением болтового крепления.

Основным методом соединения выступает сварка, представляющая обычную промышленную технологию. Чтобы обеспечить прочность сварного шва соединение элементов выполняют в среде инертного газа или специальных бескислородных флюсов. Также для этого оберегают шов с применением различных защитных элементов. Взаимодействие расплавленного титана с такими химическими элементами как водород, кислород и азот, содержащимися в воздушной смеси, при нагреве приводит к росту зерна металла, изменению его микроструктуры и хрупкости сварного шва. Сварочные работы выполняют на большой скорости.

Также существует метод сварки в контролируемой среде, который применяется для выполнения работ, требующих большой ответственности. При необходимости соединить небольшие по своим размерам элементы, их помещают в специальные камеры, заполненные инертным газом. В случае соединения элементов большего размера сварочные работы выполняют в специальных герметично изолированных помещениях. Сварка титана — ответственная работа, которая доверяется исключительно подготовленным специалистам, имеющим необходимый практический опыт и навыки.

Пайка титана применяется в случаях, когда проведение сварочных работ невозможно или нецелесообразно. Она также осложнена химическими реакциями. Титан в расплавленном состоянии демонстрирует высокую химическую активность и прочно связан с пленкой окиси, формируемой на поверхностях обрабатываемой детали. Большинство распространенных металлов непригодны в качестве припоя для соединения титановых элементов, для этих целей используются только чистые по своему составу алюминий и серебро.

Механическое соединение элементов из титана с помощью клепок и болтовых креплений также выполняется с применением специальных материалов. В большинстве случаев заклепки изготавливают из алюминия, а применяемые болты покрываются напылением серебра или синтетического тефлона. Это вызвано тем, что при завинчивании титан проявляет свое свойство налипания и задирается, в результате соединения элементов становятся ненадежными, не обеспечивают прочной фиксации.
Перейти к списку статей >>

Технология сварки

Подготовка состоит из зачистки кромок, окислы снимают на расстоянии до 2 см от кромки, и обезжиривания (нужно протирать титан в перчатках, чтобы от пальцев не оставалось следов). Затем металл протравливают горячей смесью (60°С) соляной кислоты (в 650 мл растворяют 350 мл) и фторида натрия (50 г). Состав наносится на 10 минут.

Для сварки титана и его сплавов используют:

  • холодный метод;
  • дуговой с использованием электродов;
  • контактный;
  • лучевой.
  • Рассмотрим их подробней.

Ручная дуговая сварка

Используют тугоплавкий электрод на основе вольфрама (с итрированной или лантановой обмазкой). Его необходимо заточить под углом 45°. Сила тока удерживается на уровне 90–100 ампер. Тонкие изделия до 1,5 мм соединяют встык без присадки, остальные – с подачей прутка. Присадку по составу выбирают под сплав, перед работой ее отжигают в вакууме – удаляют водород. В герметичной упаковке она сохраняет свои свойства до 5 суток.

Шпиндельные соединения

В системном подходе важна также роль шпинделя. Обрабатывающие устройства испытывают трудности при достижении высоких скоростей удаления металла, учитывая низкую скорость резания и высокие силы резания, характерные для титана. На протяжении многих лет производители станков улучшали жесткость и демпфирование на шпинделях и станочных конструкциях. Шпиндели спроектированы с высоким крутящим моментом при низких скоростях вращения. Хотя все эти достижения повышают производительность, соединение шпинделя часто остается слабым звеном.В большинстве случаев соединение инструмента-шпинделя определяет, сколько материала может быть удалено в данной операции.

Высокопроизводительная обработка обычно характеризуется использованием высоких подач и агрессивной глубиной обработки. Благодаря постоянным достижениям в режущих инструментах существует потребность в шпиндельном соединении, которое лучше использует доступную мощность станка. За последние несколько десятилетий несколько последних типов шпиндельного соединения были разработаны или оптимизированы. Благодаря хорошей цене / выгодной позиции конусность 7/24 ISO стала одной из самых популярных систем на рынке. Однако конструкция имеет ряд ограничений, связанными с точностью на высоких скоростях. Как правило, конус шпинделя начинает прокручиваться от центробежной силы начиная от скорости вращения шпинделя в 20000 об / мин. Это дает погрешности обработки,ведь конус начинает терять контакт, позволяя инструменту перемещаться вверх по шпинделю.

Конструкция Kennametal, которая недавно был улучшена для обработки титана, представляет собой интерфейс инструмента-шпинделя «KM», который закрепляет держатель инструмента с помощью шарового механизма, который действует на поверхность отверстия. В новой KM4X-системе улучшение связано с ограничением изгибов конструкции, что важно при фрезеровании материалов с высокой силой, таких как титан.

В торцевых фрезерованиях, где длительность проецирования длинна, ограничивающим фактором является этот изгиб. Новая система KM4X обеспечивает высокую силу зажима и сопротивление помехам для обеспечения высокой жесткости и высокой изгибающей способности для повышения производительности при обработке титановых сплавов.

Источник:
http://seventools.ru/metally/tokarnaya-obrabotka-titana.html

Оксидирование титана. Часть 2.

Анодное оксидирование титана (анодирование).

Анодирование это процесс, в котором непосредственно на поверхности металлов образуется покрытие в виде окислов при нагревании, воздействии химических веществ (см. «Оксидирование титана.Часть 1.») или с помощью электричества.

Наиболее распространенным методом формирования оксидного слоя на поверхности титана является процесс оксидирования титана под воздействием электрического тока, при котором титановая деталь помещается в токопроводящий раствор и подключается к аноду. В качестве катода используют пластины из свинца или нержавеющей стали.

Анодное оксидирование титана проводят с целью:

  • дополнительной защиты от коррозии;
  • повышения адсорбционной способности;
  • повышения износостойкости;
  • уменьшения задиров;
  • улучшения декоративности поверхности.

На производстве оксидирование титана проводится анодной обработкой деталей в растворах серной, щавелевой, фосфорной, хромовой кислот или их смесей, иногда с добавками других компонентов.

Составы растворов для повышения коррозионной стойкости:

Раствор №1:

Серная кислота 50 – 60 г/л

Температура 15 – 25°С, плотность тока 1,0 – 1,5 А/дм2.

Время обработки 50 – 60 мин.

При анодировании титана первые 2 – 6 минут поддерживают заданную плотность тока, напряжение на ванне возрастает до 90 – 110 В, после чего плотность тока падает до 0,2 А/дм2. Дальнейший процесс анодного оксидирования титана проводят без регулировки тока. Процесс ведут при перемешивании электролита. Катоды применяют свинцовые или из стали Х18Н9Т. Пленки получаются бесцветные.

Раствор №2:

Серная кислота 18%-ный раствор

Температура 80ºС, плотность тока 0,5 А/дм2.

Время обработки до 8 часов.

Пленка получается черного цвета. Толщина пленки около 2,5 мкм.

Кроме того, для защиты от коррозии применяют химически стойкие лакокрасочные покрытия, нанесение которых требует применения толстых оксидных пленок (20 – 40 мкм) с повышенными адсорбционными свойствами.

Повышение адсорбционной способности достигается за счет увеличения толщины оксидной пленки до 20 – 40 мкм. Для этого используют электролит из смеси кислот.

Состав электролита для получения толстых пленок, г/л:

Серная кислота H2SO4 350 – 400

Соляная кислота HCl 60 – 65

Электрохимическое оксидирование титана проводят при 40 – 50ºС; плотность тока ступенчато повышают через каждые 2 – 3 мин на 0,5 А/дм2 до напряжения пробоя, после которого устанавливается плотность тока 2 – 4 А/дм2, при которой продолжают электролиз до получения пленки требуемой толщины.

Фрикционные свойства титановых деталей улучшаются, если на их поверхность нанесены оксидные пленки толщиной 0,2 – 0,3 мкм.

Состав электролита для получения тонких пленок:

5%-ый раствор щавелевой кислоты.

Электролиз ведут при 18 – 25°С в течение 60 мин. Анодную плотность тока в начале процесса оксидирования титана устанавливают 1 – 1,5 А/дм2 и поддерживают постоянной в течение 5 – 10 мин, напряжение на ванне за это время повышается до 100 – 120 В. В дальнейшем плотность тока понижается до 0,2 – 0,3 А/дм2. Использование коллоидно-графитовой смазки еще больше повышает износостойкость оксидированной поверхности.

Декоративное анодирование титана и его сплавов позволяет получить различные интерференционно – окрашенные окисные пленки (коричнево-желтые, синие, голубые, различные оттенки желтого цвета, включая розовый, малиновый, а также различны оттенки зеленого цвета). Решающее влияние на цветность пленки оказывает напряжение при анодировании титана и состав сплава (см.«Покрытие титана. Часть 1.»).

Декоративное анодирование титана.

При обработке сплава ВТ-5 в 15%-ном растворе H2SO4 с повышением температуры и напряжения на ванне окраска формируемых пленок изменяется от светло-коричневой до фиолетовой. Увеличение продолжительности электролиза также сказывается на окраске пленок (см. «Пассивация металлов»).

Меньшая зависимость окраски оксидных пленок от температуры наблюдается при введении в состав электролита хромового ангидрида.

Состав электролита для стабильного окрашивания титана, г/л:

Хромовый ангидрид CrO3 140

Цвет пленки в данном случае изменяется только с продолжительностью электролиза при постоянном напряжении или с величиной приложенного напряжения.

Так, при обработке титана ВТ1-0 в течение 15 мин и повышении напряжения от 5 до 50 В цвет пленки сначала бывает бледно-коричневый, затем синевато-фиолетовый и потом золотисто-желтый. При постоянном напряжении 50 В и увеличении продолжительности электролиза от 1 до 15 мин цвет пленки изменяется от светло-голубого до золотисто-желтого.

Анодированные изделия могут служить много лет без изменения своих декоративных свойств. Анодная защита от коррозии настолько эффективна, что может защитить детали от самых агрессивных воздействий.

Источник:
http://blog.tep-nn.ru/?p=4033