Bestandsaufnahme der 7 wichtigsten Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Titanmetallen

Die Verschönerung der Oberfläche von Titanprodukten ist untrennbar mit einer Vielzahl von Oberflächenbehandlungstechnologien verbunden. In diesem Artikel wird eine Bestandsaufnahme der 7 wichtigsten Oberflächenbehandlungsverfahren für Titanmetalle vorgenommen und Sie erfahren, welche davon Sie kennen!

1. Eloxieren

Das Eloxieren ist ein bekanntes und ausgereiftes Verfahren, daher werde ich hier nicht näher darauf eingehen. Neben den üblicherweise verwendeten Anoden aus Aluminiumlegierungen kann auch Titan als Anode verwendet werden. Die meisten Färbeverfahren für Titan werden durch Eloxieren erreicht, was eine größere Auswahl an Farben und Mustern mit einer Vielzahl von Differenzierungsoptionen ermöglicht, darunter Eiskristalle, Fäden und mehr.

Neben der dekorativen Wirkung bildet der Eloxalprozess auch eine dichte Filmschicht auf der Metalloberfläche des Produkts, die die mechanischen Eigenschaften, die Verschleiß- und Witterungsbeständigkeit sowie die Isolierung verbessert und die Verbindung mit der Beschichtung verbessert.

Es ist hier erwähnenswert, dass sich Titanlegierungen von Aluminiumlegierungen unterscheiden, obwohl die Kosten für Titan als Anode höher sind, der von der Titanlegierung gebildete Oxidfilm jedoch schlechter ist als er selbst. Daher entscheiden sich viele Hersteller im Allgemeinen für die Anodisierung der Oberfläche von Produkten aus reinem Titan, wie z. B. bei mehreren Produkten auf dem Bild, bei denen es sich um eloxierte Effekte aus TC4-Reintitanoberfläche handelt.

Am Beispiel des iPhone 15 Pro werden von den vier Farbschemata: schwarzes Titan, weißes Titan, blaues Titan und natürliches Titan, mit Ausnahme der Originalfarbe Titansilber, die anderen drei Farbschemata mit PVD-Beschichtungstechnologie auf Basis von Eloxierung kombiniert, um die Oberflächenleistung des Produkts zu erhöhen. Allerdings kam es später immer noch zu Ausbleichungen und anderen ungünstigen Bedingungen, was auch die Mängel der PVD in der Haltbarkeit widerspiegelt.
Natürlich können neben der Funktionalität auch farbliche Effekte erzielt werden. Insgesamt kann es das Designniveau des Produkts erheblich verbessern.

2. PVD-Beschichtung
PVD ist ebenfalls eine Art physikalische Gasphasenabscheidung und Vakuumbeschichtung, und das Verfahren ist sehr ausgereift. Es ist möglich, die Oberfläche einer Titanlegierung mit PVD zu versehen, hauptsächlich um eine funktionelle Beschichtung zum Schutz und Schutz hinzuzufügen. Es ist jedoch anzumerken, dass PVD derzeit nur knapp den Test bestehen kann und die Haltbarkeit verbessert werden muss, es sei denn, die Leistung des PVD-Grundierungsmaterials ist sehr gut.
PVD-Beschichtungen wandeln Materialien wie Titan oder Titanoxid durch Vakuumverdampfung, Sputtern oder ionenunterstützte Abscheidung in einen gasförmigen Zustand um, die anschließend auf der Titanoberfläche abgeschieden werden. Dieser Prozess wird in einer Hochtemperatur- und Vakuumumgebung durchgeführt, um durch genaue Steuerung des Sauerstoffpartialdrucks und der Abscheidungsparameter einen Film mit hoher Härte, hoher Haftung und Verschleißfestigkeit zu erzeugen. PVD ist eine Art Vakuumbeschichtung und das Verfahren ist sehr ausgereift. Es ist möglich, die Oberfläche einer Titanlegierung mit PVD zu versehen, hauptsächlich um eine funktionelle Beschichtung zum Schutz und Schutz hinzuzufügen. Es ist jedoch anzumerken, dass PVD derzeit nur knapp den Test bestehen kann und die Haltbarkeit verbessert werden muss, es sei denn, die Leistung des PVD-Grundierungsmaterials ist sehr gut.

3. CNC
Der Prozess der CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen umfasst hauptsächlich wichtige Schritte wie Design, Programmierung, Werkzeugauswahl, Parametereinstellung und Bearbeitungssteuerung:
1. Grobbearbeitung: Überschüssiges Material entfernen, einen vorläufigen Umriss erstellen und die Effizienz verbessern.
2.‌ Endbearbeitung‌: Die endgültige Formbearbeitung wird mit hochpräzisen Werkzeugen und optimierten Parametern (wie Vorschubgeschwindigkeit und Schnitttiefe) erreicht, um Maßgenauigkeit und Oberflächenqualität sicherzustellen.
3. Qualitätsprüfung: Verwenden Sie ein Koordinatenmessgerät (KMG), um die Größe und Oberflächenrauheit zu überprüfen, und fahren Sie mit der anschließenden Bearbeitung fort, wenn sie den Standards entspricht.
Während des Bearbeitungsprozesses muss ein konstanter Vorschub aufrechterhalten werden, um eine Verhärtung des Werkstücks zu vermeiden, und Schneidflüssigkeit muss angemessen verwendet werden, um die Klingentemperatur zu senken, Späne wegzuspülen und die Oberflächenqualität und Bearbeitungseffizienz zu verbessern.

Die CNC-Bearbeitung von Titanlegierungen dient in erster Linie der Formgebung und Endbearbeitung. Eine der größten Herausforderungen in diesem Prozess ist der Werkzeugverschleiß. Da Titanlegierungen relativ hart sind, ist ihre Bearbeitung anspruchsvoller als bei anderen Metallen. Während der Bearbeitung ist das Werkzeug hohen Temperaturen, hohen Schnittkräften, langen Reibungswegen, erheblichen Vibrationsverformungen und Werkzeugklemmungen ausgesetzt, was zu starkem Werkzeugverschleiß führt. Herkömmliche Werkzeuge haben Schwierigkeiten bei der Bearbeitung von Titanlegierungen und erfordern für eine effektive Bearbeitung spezielle, mit Verbundwerkstoffen beschichtete Werkzeuge, sogar Diamant- und CBN-Werkzeuge. Beispielsweise geht bei Smartwatch-Gehäusen pro vier produzierten Gehäusen ein Werkzeug verloren, was zu erheblichen Kosten führt.

3. Schleifen und Polieren

Schleifen und Polieren sind wesentliche Schritte bei der Bearbeitung fast aller Materialien mit dem Ziel, präzisere Abmessungen und eine feinere Textur zu erzielen. Dies erfordert häufig den Einsatz feiner Polierpartikel oder Verbrauchsmaterialien, um jeden Oberflächenbereich sorgfältig zu polieren. Durch spezielle Prozesslösungen können auch besondere Effekte erzielt werden, beispielsweise hochglänzende Spiegel und matte Oberflächen.

4. Drahtziehen

Die Oberfläche von Titanmetall kann gebürstet werden, um eine matte Textur zu erzeugen. Dieser Effekt aus gebürstetem Titan ist bei Produkten der Unterhaltungselektronik sehr verbreitet. Es vereint zarte Haptik und visuelle Schönheit und wird von immer mehr Verbrauchern anerkannt und bevorzugt.

5. Lasergravur

Zu den Hauptprozessen gehören Laserbohren und Schweißen.

6. Sandstrahlen

Der Hauptzweck des Sandstrahlens von Titanlegierungsoberflächen ist die Funktionalität. Dazu gehören die Verbesserung der Titanoberflächenhaftung, die Verlängerung der Lebensdauer (durch Entfernung von Oberflächenverunreinigungen) sowie die Verbesserung der Oberflächenglätte und -ästhetik. Sandstrahlen kann auch als Dienstleistung zu anderen Oberflächenbehandlungsverfahren betrachtet werden.

Ein früheres Apple-Patent erwähnte Titanlegierung und Sandstrahlen. Durch die Kombination eines neuen Sandstrahlverfahrens mit Ätzen und Eloxieren kann die Oberflächenbehandlung einer Titanlegierung erreicht werden. Dadurch können raue Kanten beseitigt und die feineren Details erhalten bleiben, wodurch ein besserer Schutz und ein besseres Erscheinungsbild erzielt werden. Es versteht sich, dass der Titanrahmen des neuesten iPhone 15 Pro von Apple sandgestrahlt wird.

Wenn es um die Oberflächenbehandlung von Titanprodukten geht, insbesondere im Bereich der Präzisionselektronik, besteht ein besserer Ansatz darin, unterschiedliche Metalle zu kombinieren und dann das Äußere zu gestalten. Der Nachteil sind die relativ hohen Kosten. Dies liegt daran, dass unterschiedliche Metalle ihre jeweiligen einzigartigen Eigenschaften und Merkmale beibehalten und gleichzeitig die Anforderungen einer Produktion im großen Maßstab erfüllen müssen, was zu einem relativ hohen Preis führt. Apples neuestes iPhone 15 Pro verfügt über ein völlig neues Strukturdesign, umhüllt von einer neuen Sekundärstruktur aus 100 % recyceltem Aluminium. Es nutzt neue thermomechanische Verarbeitungs- und andere Prozesse und erreicht durch den ultra-hohen Druck der Festkörperdiffusion eine hoch-feste Bindung zwischen den beiden Metallen. Die tatsächlichen Ergebnisse sind jedoch immer noch unbefriedigend und die Technologie zur Titanoberflächenbehandlung muss weiter verbessert werden.