【擴大鈦應用】鈦合金表高雅氣派
2022年03月04日 9:32 23685次瀏覽 來源: 中國有色金屬報 分類: 鈦應用 作者: 王祝堂
用鈦制造表殼零件20世紀70年代后期始于美國和德國,當時僅在高級手表制造中有所應用,但是由于鈦的優秀性能與其價格的逐步下降,鈦殼手表日漸增多,現在已相當普及了,“跑”在了不銹鋼的前面了。
對手表殼體材料的要求可分為使用者要求和工藝加工性能要求。使用者的要求有:對人體無害、具有很強的生物相容性、使用時間長、抗刻痕、能長時間保持賞心悅目的亮晶晶的光澤;可用其設計出高雅美觀大方的產品。生物試驗研究與實際使用證明,鈦及鈦合金與生物體液高度相容,而Hg、Ni、Sn、Co、Cr可引發人體皮膚過敏,不銹鋼含有Ni或Cr,因此,不銹鋼手表不宜某些人群佩帶,而鈦手表適宜所有人。
鈦的硬度雖不甚高,但經過表面處理后,可在表面形成一層薄薄的氮與氧的固溶型擴散層,硬度高、抗刻痕,而且仍保持著鏡面狀態,不用著色,深受消費者喜愛。
制表業界的要求是:原材料充裕,易采購,價格合理、穩定,加工成形性(鍛造、切削、彎折)優秀,表面處理(涂裝、電鍍等)性能良好。
表殼材料及零件表面處理工藝:用有機溶液將材料表面洗凈;裝入壓力10-4Pa的真空爐,固定穩妥;將含有H2O的N2通入真空度10-4Pa的爐內;在730℃保持3小時后降溫冷卻。經這種處理后,鈦上面形成氮-氧化合物層,厚20μm~30μm,硬度大于1000HV,最上面的5μm厚的表層含較多氮,而從5μm~30μm的下層合有較多氧。
刻痕試驗表明,經表面處理后鈦有很強的抗刻痕性,在顯微刻痕試驗時未見刻痕;未經處理的純鈦則絲狀刻痕累累、失去光澤,而硬化處理后的鈦表面仍保持著亮晶晶的表面。當今,日本研發出經表面處理的鈦合金,除有高的抗刻痕性外,還有較高的強度性能和良好的加工成形性能,可制得優雅、美觀、大方的、深受市場歡迎的鈦合金手表。
鈦手表的一些大的外殼零件可用注射成型(MIM,Metal Injection Molding)工藝制造,此工藝始于20世紀70年代中期,日本于20世紀80年代后期用此法批量生產手表零件(圖2)。注射成型工藝是注塑成形與粉末冶金技術相結合的工藝。
注射成形的具體工藝為:將金屬料末與有機黏結劑混勻制成顆料原料,將制得的原料放入注射成形機內,加熱成形,除去成形件中的黏結劑,加熱除去黏結劑的工件,燒結成粉末冶金制品。
此技術的關鍵是選擇適當的鈦粉。鈦粉有氣體霧化的與氫化的、氫化-脫氫的(HDH)。在MIM工藝中大都用霧化粉。霧化工藝可以制取高純的鈦粉,呈球狀。球狀粉體積最小,可以降低黏結劑用量。
黏結劑用量。有機黏結劑會使產品性能下降,因為其含有間隙元素(C、O、N)而成為污染元兇,在確保產品質量前提下,應盡量少用黏結劑。
成形后盡快脫模。黏結劑在高溫成形過程中,若在模內停留時間長,會產生氧化,因此脫模宜快。
脫脂、燒結。鈦粉在高溫下,易被間隙元素污染,必須采取相應的預防措施。脫脂工藝有抽出法與加熱法,也有將它們結合起來的,可以縮短加熱時間。還應注意,在燒結過程中由于使用高抽氣能力的真空泵,應謹防周圍空氣中細微夾雜物造成的污染。
圖1 日本制的鈦手表
圖2 日本西鐵城鐘表公司的注射成形手表零件
責任編輯:楊一鳴
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