Limning av titan
Limning av titan är en ingenjörsprocess som används inom flygindustrin, tillverkning av medicintekniska produkter och på andra håll. Titanlegering används ofta i medicinska och militära tillämpningar på grund av dess styrka, vikt och korrosionsbeständighetsegenskaper. I implanterbara medicinska apparater används titan på grund av dess biokompatibilitet och dess passiva, stabila oxidskikt. Titanallergier är också sällsynta och i dessa fall används mildringar som parylenbeläggning . Inom flygindustrin binds titan ofta för att spara kostnader, beröringstider och behovet av mekaniska fästelement. Förr var ryska ubåtars skrov helt tillverkade av titan eftersom materialets icke-magnetiska natur inte upptäcktes av försvarstekniken vid den tiden. Att binda lim till titan kräver att ytan förbereds i förväg, och det finns inte en enda lösning för alla applikationer. Till exempel är etsmedel och kemiska metoder inte biokompatibla och kan inte användas när enheten kommer i kontakt med blod och vävnad. Mekaniska ytjämnhetstekniker som slipning och lasergrovning kan göra ytan spröd och skapa mikrohårdhetsområden som inte skulle vara lämpliga för cyklisk belastning i militära tillämpningar. Luftoxidation vid höga temperaturer kommer att producera ett kristallint oxidskikt till en lägre investeringskostnad, men de ökade temperaturerna kan deformera precisionsdetaljer. Typen av lim, härdplast eller termoplast och härdningsmetoder är också faktorer vid titanbindning på grund av limmets interaktion med det behandlade oxidskiktet. Ytbehandlingar kan också kombineras. Till exempel kan en sandblästringsprocess följas av en kemisk etsning och en primerapplicering.
Slipmedel
Aluminiumoxid eller aluminiumoxid och kiselkarbid används oftast för att förbereda titan för epoxibindning. Aluminiumoxid har en hårdhet på 9 på Mohs-skalan medan kiselkarbid har en hårdhet på strax under den för diamant. Aluminiumoxidpartikelstorlekar i intervallet 10 till 150 mikron används beroende på arbetsstyckets geometri och blästringskapacitet. Kiselkarbidpartiklar är vanligtvis i intervallet 20 till 50 mikron med texturering som sker i en snabbare takt än aluminiumoxid. När kiselkarbid träffar titanytan kommer operatören att se gnistor som är vanligt med golfförare med titanyta när de träffar markytan. Försiktighet måste iakttas om känsliga elektroniska enheter är inrymda i titanhöljet. Elektrostatisk urladdning kan mildras med punktjonisatorer eller jordningsfunktioner i verktygen. Media med glaspärlor används mindre vanligt. De kommer som sfäriska partiklar i intervallet 35-100 mikron. De är en 6 på Mohs-skalan och används ofta med vatten för att skapa en hydrohon-slurry. När de appliceras på kommersiellt rent titanmaterial kommer de att avlasta monteringen, vanligtvis efter svetsning, och skapa en satinliknande finish perfekt för lasermärkning av etiketter. Ytan lämpar sig även som förberedelse för montering före ångavsättning av parylenbeläggning.
Ytjämnhet uppnås genom användning av ett blästermunstycke som drivs av tryckluft. Fokus och hastighet för mediet som skapas av munstycket kan varieras beroende på grovhetskraven och repeterbarheten. Ytjämnhet mätt med Ra, Sa och Sdr används för att karakterisera mediaapplikationen och vidhäftningsstyrkan. Typiska Ra-värden för kommersiellt rent titan är mellan 0,2 och 0,75 mikrometer. Ytråheten kan skräddarsys efter epoxiviskositeten och härdningsomvandlingen. Den uppruggade ytan sköljs med processvatten eller ett alkaliskt rengöringsmedel och tätas ofta med en primerapplicering som Silane A-187 eller alkoxid. Applicering av primern kan göras manuellt, som en borste. Det kan också sprayas på den uppruggade ytan eller hela aggregatet kan doppas i en primerlösning och härdas. På kommersiellt rena titanytor som har ruggats upp med kiselkarbid kommer en silanprimer att göra ytan mörkare vilket möjliggör verifiering av appliceringen.
Implanterbara medicinska apparater tillverkas ofta i renrumsmiljö . Typiska renrumsklassificeringar ligger inom ISO-7 och ISO-8-intervallet eller mellan klass 10k och 100k. Slipmedel och deras applicering kan inte placeras i sådana renrum. Om passage genom fönster inte är tillgängliga är laseruppruggning ett bra alternativ.
Laseruppruggning
Laseruppruggning av titaniumytor för epoxibindning är ett bra alternativ när slipmedel och kemiska medel är begränsade i tillverkningsområdet. Processen är också mer repeterbar och konsekvent än den ofta manuella blästringen. Andra fördelar jämfört med slipmedel är beröringstid och underhåll. Nackdelen med laseruppruggning är kostnaden för utrustning och verktyg. Lasern kommer också att värma upp materialet beroende på dess uteffekt och antalet passager. Det kommer att ta bort material från ytan och skapa områden av härdat material som flyttas inom ytan. Neodymdopad yttriumaluminiumgranat ( Nd:YAG ), CO 2, grön, femtosekundlasrar kan användas beroende på arbetsstycket och vidhäftningskrav. YAG- eller fiberlasermarkörer som härdar titanytan är lågkostnadslösningen medan femtosekundlasern ligger i den höga delen av kostnadsskalan. Ytjämnheten på laserruggade ytor mäts bäst med ett tredimensionellt skanningslasermikroskop eller en beröringsfri profilometer . XPS- och SEM- analys av legerat titan, som grad 5, kommer att visa segregeringen av aluminium och vanadin. Ofta görs lasergrovningen i omgivningsförhållanden med eller utan argonskyddsgas. Omgivande element som inte spelar någon roll i bindning som kol och kväve kan ignoreras från ytanalysen. Laseruppruggning av grad 5 titan visar att vanadin kommer att segregera till huvuddelen av legeringen och uppträda på ytan med en ökad syrenivå. Varvskjuvningstester har visat att denna segregation inte påverkar ytvidhäftningen. Ökningen av lasereffekt har visat sig öka oxidationen av grad 5 titan som har korrelerats för att öka bindningsstyrkan. Att producera aluminiumoxid på ytan har också visat sig förbättra bindningen. Gropar som skapas av flera laserpulser ökar ytan för vidhäftning, men topografins mitt kommer att ha minskad oxidbildning på grund av den laserinducerade plasman. Beroende på graden av titan och det lim som används, kan laserparametrarna för effekt, frekvens och mönster skräddarsys för belastningskraven och de ovannämnda gynnsamma ytelementsförhållandena. Oönskad metalloxid kan uppstå när högre lasereffekter och flera pass används. Dessa kan tas bort med en lägre effekt laserpass eller en titanborste, efter uppruggning. Kornstorleken kommer att påverka ytans grovhet, hårdhet och vätbarhet. På titan av klass 2 förbättrade en mindre kornstruktur dessa ytförberedande egenskaper. Precis som med slipmedel används en silanprimerapplicering för att täta den laserruggade ytan.
Etsmedel, kemiskt och anodiseringspreparat
Före dessa behandlingar bör ett lösningsmedelsavfettningsmedel användas med en sandblästring av aluminiumoxid för att avlägsna oönskade oxider på ytan. En studie från 1982 vid Naval Air Development Center jämförde 11 etsmedel, kemiska och anodiseringspreparat på titanprover av grad 5. När de väl var bundna exponerades dessa prover för 56 dagar med 140 grader F och 100 % relativ fuktighet. Spricktillväxt mättes vid förvalda intervall. Resultaten visade att kromsyraanodisering med fluor, etsmedel Turco 5578, Pasa Jell 107C – hydrohone, Pasa Jell 107M – torr hone, Dapcotreat 4023/4000 och alkalisk peroxid var överlägsna fosfatfluoridberedningar.
Turco 5578-L är ett vanligt använt etsmedel och alkaliskt rengöringsmedel för titan. Den tillverkas av Henkel Technologies och kommer i flytande form så att koncentrationerna lätt kan ändras. Det är ett anisotropiskt etsmedel som undviker väteförsprödning . När den används på Grad 5 titan kommer den att producera ett oxidskikt som är 17,5 nm tjockt och en ytjämnhet på 3,4 um total höjdprofil (R t ).
I en kromsyrabehandling görs anodiseringen typiskt vid 5 eller 10 volt. Studien från 1982 som hänvisas till ovan angav att 5 volt presterade bättre än 10 volt som en funktion av genomsnittlig spricköppning. I granskningen av förberedelser för Ti uppger Critchlow och Brewis att 10 volts anodiseringen visade bättre hållbarhetsresultat. 10 volts anodiseringen kan producera ett kolumnärt och cellulärt oxidskikt med en tjocklek mellan 80 och 500 nm. De producerade porerna och morrhåren kan penetreras genom att välja ett lim med låg viskositet, som ett 3M 1838 epoxidharts eller en Epo-Tek 301 epoxi. Ytoxiden kan äventyras om den utsätts för höga temperaturer, över 300 °C, och fukt före limning.
Pasa Jell våt och torr hone är kemiska etsmedel som tillverkas av Semco. De skapar oxidtjocklekar på 10-20 nm. Det rekommenderas att avfetta titanytan och avlägsna all korrosion genom slipning och/eller sandblästring före applicering. Typiska appliceringstider är 10–15 minuter följt av en sköljning med kranvatten. Applicering av en korrosionshämmande primer som BR-127 har visat sig ge adhesiva fogar som är jämförbara med de som produceras med kromsyraanodiseringsprocessen.