티타늄 합금비강도가 높고 내식성이 우수하여 항공우주, 해양공학, 의료기기 등 다양한 분야에서 널리 사용되고 있습니다. 그러나 고유 경도가 낮고(GR5의 경우 약 300-350HV) 접착 마모 및 연마 마모에 대한 저항성이 낮습니다. 표면 수정은 이러한 마모-관련 단점을 해결하는 핵심 접근 방식입니다. 현재 주류 기술은 6가지 주요 단일{6}}기술 접근 방식-화학적 열처리, 증착, 고-에너지 빔 및 레이저 변형, 열 분사, 마이크로{9}}아크 산화, 표면 변형 및 이온 주입-뿐만 아니라 여러 기술을 통합하는 복합 처리 접근 방식으로 분류할 수 있습니다. 이러한 접근 방식의 원칙, 성능 특성 및 적용 가능한 시나리오는 크게 다릅니다.
1. 기상증착 기술 접근법
핵심원리
진공 환경에서는 마이크로미터{0}} 또는 나노미터- 규모의 경질 필름이 물리적 증발/스퍼터링 또는 화학 반응을 통해 티타늄 합금 표면에 증착되어 정밀하게 제어 가능한 코팅 두께와 높은 표면 마감을 제공합니다.
일반적인 프로세스 분기
물리 기상 증착(PVD)
주류 공정: 다중-아크 이온 도금, 마그네트론 스퍼터링, 이온빔-보조 증착
공정 흐름 : 공작물의 정밀 세정 → 진공 챔버 내 클램핑 → 이온 에칭을 통한 표면 활성화 → 반응 가스(N2, C2H2 등) 도입 → 타겟 증발/스퍼터링 → 필름 증착 → 냉각 및 챔버에서 제거
일반적인 코팅 시스템: TiN, TiCN, CrN, 다이아몬드{0}}유사 탄소(DLC), 그라데이션 복합 코팅
성능 특성: TiN 경도 2000-2500 HV; DLC 코팅 경도는 3000HV 이상에 도달할 수 있습니다. 코팅 두께 1~10μm
장점: 낮은 처리 온도(일반적으로 < 200도), 공작물 변형이 거의 없음, 코팅 표면이 매끄러움, 환경 친화적이며 오염이-없음
한계: 얇은 코팅, 제한된 하중-지탱 용량, 확산 변형 코팅보다 접착 강도가 약함-충격 하중 시 파손되기 쉬움
일반적인 응용 분야: 정밀 의료 기기, 절삭 공구, 정밀 항공우주 변속기 부품, 고급-패스너
화학 기상 증착(CVD)
원리: 기체 전구체는 고온-티타늄 합금 표면에서 화학 반응을 거쳐 현장에서 하드 코팅을 형성합니다.
성능 특성: PVD에 비해 접착력이 뛰어난 조밀한 코팅; 5~50μm까지 두께 조절 가능
제한 사항: 가공 온도는 일반적으로 800도 이상이므로 티타늄 합금의 상 변형과 입자 성장이 쉽게 발생할 수 있습니다. 심각한 공작물 변형; 제한된 산업 응용
2. 고-에너지 빔 레이저 변형 기술 접근 방식
핵심원리
고에너지 레이저 빔의 급속 가열 및 급속 냉각 특성을 활용하여-티타늄 합금의 표면층을 녹여 개질하거나 동시에 합금 분말을 도입하여 클래딩층을 형성하는 방법입니다. 코팅은 기판에 야금학적으로 결합되어 탁월한 하중-지탱 능력과 내충격성을 제공합니다.
일반적인 프로세스 분기
- 레이저 클래딩
- 레이저 합금
- 레이저 재용해
단일 방법으로 모든 요구 사항을 충족할 수는 없습니다. 실제 선택 프로세스에는 부품 치수, 작동 조건, 비용 예산 및 환경 요구 사항의 균형을 맞추는 포괄적인 평가가 필요합니다. 고급-티타늄 합금 부품의 경우 하이브리드 공정 경로(예: PVD 코팅과 결합된 질화 처리)가 새로운 탐구 영역으로 떠오르고 있지만 산업 안정성은 여전히 추가 검증이 필요합니다.
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