Apa yang Harus Dilakukan Pelapisan pada Titanium
Titanium tahan korosi melalui lapisan oksida pasif, namun lapisan yang sama membuat logam rentan terhadap kerusakan dan keausan perekat, serta tidak melindungi terhadap oksidasi suhu tinggi. Pelapisan rekayasa diterapkan karena tiga alasan: untuk mengurangi gesekan dan keausan, untuk memperpanjang suhu servis melampaui sekitar 500 derajat di mana pertumbuhan oksida menjadi cepat, dan untuk memberikan penghalang dalam lingkungan klorida atau asam di mana lapisan alami diberi tekanan.
Berat dan kekuatan tetap terjaga karena ketebalan lapisan hanya beberapa mikrometer hingga beberapa ratus mikrometer, sehingga komponen titanium yang diganti dengan komponen titanium berlapis tidak mengurangi keunggulan massa sebesar 40% dibandingkan baja.
Persiapan Permukaan Sebelum Pelapisan Apa Pun
Adhesi pada titanium ditentukan sebelum ruang pelapisan ditutup. Lapisan permukaan yang diperkaya kerak dan oksigen-dihilangkan melalui peledakan, pemesinan, atau pengawetan, mengikuti praktik seperti ASTM B600 untuk menghilangkan kerak dan membersihkan titanium. Permukaan tersebut kemudian dihilangkan lemaknya, diaktivasi dan dijaga bebas dari kontaminasi besi dari sikat baja, rak atau perkakas, karena besi yang tertanam membentuk sel-sel galvanik yang merusak lapisan yang sedang digunakan.
Untuk komponen medis dan implan, persiapan dan pembersihan mengikuti ASTM F86, yang menentukan urutan pasivasi dan penanganan yang diperlukan agar permukaan tidak rusak setelah perawatan akhir. Komponen dikeringkan dan dipindahkan ke operasi pelapisan tanpa sidik jari, karena permukaan yang terkontaminasi menghasilkan lepuh lokal dan bukan lapisan seragam.
Kelompok Pelapisan dan Kesesuaiannya
| Keluarga | Ketebalan khas | Fungsi |
|---|---|---|
| Oksida anodik | 1 – 30 µm | Ketahanan aus, kode warna, penghalang korosi ringan |
| Lapisan nitrida PVD | 1 – 5 µm | Permukaan aus yang keras pada perkakas dan pengencang |
| Semprotan termal karbida dan oksida | 50 – 500 µm | Ketahanan abrasi dan penghalang termal pada sebagian besar |
| Oksida elektrolitik plasma | 5 – 40 µm | Lapisan keramik keras untuk kontak beban tinggi |
Anodisasi dikontrol melalui elektrolit, kerapatan arus dan waktu, dan kondisi lapisan ditentukan berdasarkan AMS 2488, yang menentukan jenis lapisan dan uji penerimaan, bukan ketebalan tetap tunggal. Lapisan nitrida yang diendapkan oleh pengendapan uap fisik mencapai kekerasan mikro dalam kisaran 2000 hingga 3200 HV tergantung pada komposisinya, dan lapisan karbida yang disemprotkan secara termal biasanya menghasilkan 1000 hingga 1300 HV pada ketebalan yang jauh lebih besar, yang sesuai dengan bagian yang harus tahan terhadap abrasi kasar dibandingkan keausan geser halus.
Proses Windows dan Kontrol Adhesi
Suhu pengendapan dipertahankan di bawah tingkat di mana pengambilan oksigen dan nitrogen menjadi signifikan, atau prosedur ini bertujuan untuk menghilangkan lapisan yang terkena dampak setelahnya.
Kualitas vakum dan kebersihan target dipantau, karena sisa oksigen di dalam ruangan menggeser stoikiometri lapisan nitrida.
Bias substrat dan etsa ion sebelum pengendapan meningkatkan daya rekat lebih andal dibandingkan meningkatkan ketebalan lapisan.
Tepi yang tajam dan lubang buta yang dalam mendistorsi distribusi ketebalan dan sebaiknya diradiasikan atau ditutup sebelum perawatan.
Penyerapan hidrogen diminimalkan dengan menjaga paparan asam tetap singkat dan dengan menghindari tahap pengawetan yang menghasilkan hidrogen bebas pada bagian berkekuatan tinggi.
Kriteria Inspeksi dan Penerimaan
Ketebalan lapisan diverifikasi dengan pengukur arus magnet atau arus eddy yang dikalibrasi pada kupon berlapis dari jalur yang sama, didukung oleh-pengukuran penampang. Adhesi diperiksa dengan metode tikungan, goresan atau lekukan yang sesuai dengan lapisan, dan kekerasan dikonfirmasi dengan pengujian kekerasan mikro pada bagian yang dipoles. Kinerja korosi jika diperlukan ditunjukkan dengan semprotan garam netral sesuai ISO 9227, dan pemeriksaan visual memastikan konsistensi warna dan cakupan, terutama pada bagian anodisasi di mana warna merupakan fungsi dari ketebalan lapisan.
Kesalahan yang sering terjadi adalah menilai lapisan hanya dari penampilannya saja. Warna yang cerah dan seragam dapat menyembunyikan lapisan yang terlalu tipis untuk dilindungi, dan lapisan yang tebal dapat menjadi keropos dan terlepas karena beban. Kedua kondisi tersebut terdeteksi melalui pengukuran, bukan dengan mata.
Pertanyaan yang Sering Diajukan
T: Lapisan apa yang digunakan untuk pengencang titanium berwarna?
A: Lapisan oksida anodik setebal beberapa mikrometer, diterapkan sedemikian rupa sehingga interferensi cahaya menghasilkan warna. Kondisi lapisan ditentukan dalam AMS 2488.
T: Dapatkah titanium dilapisi tanpa kehilangan keunggulan bobotnya?
J: Ya. Pelapis teknik berkisar antara 1 hingga 500 mikrometer tergantung pada kelompoknya, sehingga peningkatan massanya kecil dibandingkan dengan kekuatan dan kekakuan bagian dasar.
T: Mengapa suhu pelapisan dibatasi?
J: Titanium menyerap oksigen, nitrogen, dan hidrogen secara agresif di atas suhu sekitar 500 derajat, yang membuat permukaan menjadi rapuh dan dapat mengurangi umur lelah.
T: Bagaimana cara memverifikasi adhesi lapisan?
A: Dengan uji tekuk, gores atau lekukan pada kupon berlapis dari batch yang sama, didukung dengan pengukuran kekerasan mikro dan ketebalan lapisan pada suatu penampang.
T: Apakah pelapis menggantikan film pasif alami?
A: Ini melengkapinya. Lapisan yang direkayasa menahan keausan atau tugas termal, sementara film titanium oksida terus memberikan penghalang korosi di bawahnya.
