チタン合金鍛造品の表面酸化を制御するにはどうすればよいですか?

チタンは熱間鍛造時に非常に酸化しやすく、脆化層が形成されて割れや加工困難が発生します。それは鍛造品の性能を著しく低下させます。効果的な酸化防止プロセスは、製品の信頼性と経済性を向上させるために重要です。チタン合金鍛造品。

 

(I) 酸化層の形成メカニズム

熱間鍛造中に表面は炉内の酸素と反応して三層の酸化皮膜を形成します。-

3 層の酸化膜:-TiO₂ の緩やかな外層、TiO-Ti₃O 混合相の中間層、および内部の酸素-が豊富な - 相の脆化層。

- 相は鍛造破壊を決定する重要な要素であり、その厚さは温度の上昇とともに指数関数的に増加します。

 

(II) 主要な影響要因
温度と時間: 温度が 100 度上昇するごとに、酸化速度は 30% 増加します。

合金の種類: -チタン合金は 600 度で顕著な酸化を受けますが、- チタン合金は 980 度を超える温度でのみ明らかな酸化層を形成します。

雰囲気環境：炉内の酸素濃度が酸化速度を決定します。窒素を保護すると速度を下げることができ、不活性ガスを保護するとより良い結果が得られます。

 

瑞杭のチタン鍛造品

 

(I) 大気保護技術
不活性ガス保護: 高純度のアルゴンまたはヘリウム（純度 99.99% 以上）を継続的に導入し、酸化速度を 60% 以上低減します。{0}三菱電機はアルゴン保護を使用して酸化層の厚さを 0.1 ～ 0.3 mm に安定させ、認定率は 98% です。

真空環境制御: 10-3Pa 以上の真空度では酸素を完全に遮断でき、高精度の主要コンポーネントに適していますが、設備コストが比較的高くなります。-

ルースマテリアルの加熱: 粒状媒体の加熱により、熱伝達効率が向上し、高温にさらされる時間が短縮され、ソースからの酸化が抑制されます。{0}

 

(II) プロセスパラメータの最適化
段階的温度制御: 加熱温度をトランザス温度より 20-50 度低く制御して、酸化層の厚さを抑えます。

正確な時間管理: 数値シミュレーションを通じて変形パスを最適化し、高温ゾーンでの非効果的な滞留時間を短縮します。-

冷却戦略: 段階的な冷却を採用して、-鍛造後の高温酸化を回避し、酸化層の剥離のリスクを軽減します。-

 

(III) 表面改質保護

 

プロセスの種類	技術的パラメータ	主な利点	アプリケーションシナリオ
前酸化処理-	300～400度で緻密な酸化膜を形成	500度で酸化重量増加率が20%減少	中温サービスコンポーネント-
陽極酸化	電圧 20-60V、H₂SO₄ 電解液	耐食性50％向上、膜厚10～30μm	医療用インプラント、電子部品
マイクロアーク酸化（MAO）-	-300～600V の高電圧電解、複合 TiO₂/Al₂O₃ 層	耐熱性＞500度、耐摩耗性、耐キャビテーション性	航空{0}}エンジン ブレード、船舶用バルブ
B+(B-Al) 複合拡散	固体粉末包埋、800度等温処理	酸化重量増加率83.5%低減、硬度1800HV	高温作業条件下での Gr5 コンポーネント-

 

注: B+(B-Al) 複合拡散技術は、TiB₂ 外層バリア + Al₃Ti 内層自己保護の相乗メカニズムを採用しています。その結果、800 度で 100 時間酸化した後の Gr5 合金の重量増加はわずか 7.24 g/m² です。

 

(IV) 複合保護システム
「前酸化 + ガラスエナメル コーティング + アルゴン保護」の組み合わせプロセスにより、表面品質と可塑性を同時に改善できます。-実験によると、この組み合わせで処理した BT3-1 チタン合金鍛造品は、魚鱗欠陥のない滑らかな表面を持ち、その後の洗浄効率が 40% 向上します。

 

(I) 酸化層の検出方法
顕微鏡分析: 走査電子顕微鏡 (SEM) を使用して、厚さ測定精度 0.1 μm で酸化層構造を観察します。

組成検出: スペクトル分析を使用して窒素と水素の汚染の程度を判断し、脆化のリスクを回避します。

性能評価: 医療用インプラントに適した電気化学インピーダンス分光法 (EIS) を使用して酸化膜の安定性をテストします。

(II) 酸化層洗浄プロセス
機械的洗浄: サンドブラストでは 0.13 ～ 0.76 mm の酸化スケールを除去できますが、基板の損傷を避けるために 200% 以上の被覆率が必要です。

化学酸洗い: 硝酸とフッ化水素酸の混合溶液は、洗浄速度 0.03 mm/min でケース層を除去し、1 回の処理で表面層の 0.25 ～ 0.38 mm を除去します。

修理技術: レーザークラッディングは、新品部品のわずか 25% のコストで穴あき欠陥を修理します。 PVD 再コーティングは、ASTM D3359 規格を満たす接着力でコーティングの剥離を修復します。

 

（一）航空宇宙分野
コンポーネント: Gr5 チタン合金エンジン コンプレッサー ブレード、着陸装置。

プロセス：MAOセラミック層+ショットピーニング、真空度10-3Paで加熱。

効果: 酸化物層の厚さは 0.2 mm 以下、耐疲労性は 30% 向上、コーティングの完全性は 500 飛行時間ごとに検査されます。

 

(Ⅱ) 医療分野
コンポーネント: 人工関節、骨プレート。
プロセス: 電解研磨 + 陽極酸化;
効果: 生体適合性は基準を満たしており、術後 2 年後の酸化膜インピーダンス維持率は >80% です。

 

(Ⅲ）化学工業分野

コンポーネント: 反応器撹拌パドル、フランジ。
プロセス: 化学的不動態化 + PTFE コーティング;
効果：耐食性​​向上、年間腐食速度0.1mm以下。

 

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