Bright Titanium: The Art and Science of Chemical Polishing

I det store univers af materialevidenskab er titanium blevet en lysende stjerne inden for mange højteknologiske områder og daglige anvendelser med dets unikke fysiske og kemiske egenskaber, såsom høj styrke, lav densitet, fremragende korrosionsbestandighed og god biokompatibilitet. Blandt de mange forarbejdningsteknologier af titaniummaterialer er kemisk polering særlig vigtig som en proces, der ikke kun kan give materialet en lys overfladeeffekt, men også forbedre overfladens ydeevne og korrosionsbestandighed.

Kemisk polering, som navnet antyder, er processen med at polere overfladen af ​​titanium ved hjælp af princippet om kemisk reaktion. Kernen i denne proces ligger i redoxreaktionen mellem polervæsken og titaniumoverfladen. Polervæsken indeholder normalt flere komponenter såsom oxidanter, chelateringsmidler, buffere og overfladeaktive stoffer, som virker sammen på titaniumoverfladen for at danne et komplekst kemisk reaktionssystem.

Under den kemiske poleringsproces reagerer oxidationsmidlet i polervæsken med metalatomerne på overfladen af ​​titaniummaterialet og danner titaniumoxider eller andre opløselige forbindelser. Disse forbindelser stabiliseres og opløses derefter af chelateringsmidlet i polervæsken, hvorved små partikler og oxidlag på overfladen fjernes. Visse komponenter i polervæsken kan også gennemgå yderligere kemiske reaktioner med overfladen af ​​titaniummaterialet for at danne en ensartet og tæt oxidfilm. Denne oxidfilm kan ikke kun forbedre lysstyrken og glansen af ​​titaniumoverfladen, men også forbedre dens korrosionsbestandighed og beskytte titaniummaterialet mod erosion fra det ydre miljø.

Processtrømmen af ​​kemisk polering kan groft opdeles i tre faser: forbehandling, polering og efterbehandling.

Forbehandling: Forbehandling er et vigtigt trin før kemisk polering, som har til formål at fjerne oliepletter, oxidlag og andre urenheder på overfladen af ​​titaniummaterialer. Almindelige forbehandlingsmetoder omfatter alkalisk vask, syrevask og elektrokemisk rensning. Alkalisk vask kan fjerne oliepletter og organisk materiale, syrevask kan fjerne oxidlag og metalioner, og elektrokemisk rensning kan yderligere fjerne bittesmå partikler og forurenende stoffer på overfladen. Kvaliteten af ​​forbehandlingen påvirker direkte den efterfølgende poleringseffekt og materialeegenskaber.

Polering: Polering er kerneleddet i den kemiske poleringsproces. I dette trin nedsænkes det forbehandlede titaniummateriale i polervæsken, og den kemiske polering af titaniumoverfladen opnås ved at kontrollere parametrene såsom forholdet, temperaturen og poleringstiden for polervæsken. Forholdet mellem polervæsken skal justeres i henhold til typen af ​​titaniummateriale, overfladetilstanden og den nødvendige poleringseffekt. Temperaturkontrol påvirker hastigheden af ​​kemisk reaktion og poleringseffekten. Længden af ​​poleringstiden bestemmer graden af ​​polering og mængden af ​​materialetab. Under poleringsprocessen skal polervæskens ydeevneindikatorer, såsom pH-værdi, oxidantkoncentration osv., testes regelmæssigt for at sikre stabiliteten og konsistensen af ​​poleringsprocessen.
Efterbehandling: Efterbehandling er et nødvendigt trin efter kemisk polering, som har til formål at fjerne de resterende kemiske komponenter og forureninger i polervæsken og yderligere forskønne overfladen af ​​titaniummaterialet. Almindelige efterbehandlingsmetoder omfatter vandvask, passivering og tørring. Vandvask kan fjerne resterne i polervæsken, og passivering kan danne en tæt beskyttende film på overfladen af ​​titaniummaterialet for at øge materialets korrosionsbestandighed og stabilitet. Tørring er at fjerne fugten på overfladen af ​​titaniummaterialet for at undgå vandpletter og korrosion.

Som en effektiv overfladebehandlingsteknologi har kemisk polering mange fordele:
Bredt anvendelsesområde: Kemisk polering er velegnet til behandling af titaniummaterialer af forskellige former og strukturer, især til titaniummaterialer med komplekse former og fine strukturer, kemisk polering kan vise sine unikke fordele.
God overfladekvalitet: Kemisk polering kan fjerne små partikler og oxidlag på overfladen af ​​titaniummaterialer, generere en ensartet og tæt oxidfilm og derved forbedre overfladens lysstyrke og glans og forbedre materialets korrosionsbestandighed.
Stærk proceskontrollerbarhed: Ved at justere forholdet, temperaturen og poleringstiden for polervæsken og andre parametre kan poleringseffekten styres præcist for at imødekomme behovene i forskellige anvendelsesscenarier.

Men kemisk polering står også over for nogle udfordringer:
Udvælgelse og forhold mellem polervæske: Valget og forholdet mellem polervæske påvirker poleringseffekten og materialeegenskaberne direkte. Forskellige typer titaniummaterialer og forskellige poleringskrav kræver forskellige poleringsvæskeformler. Derfor er det i praktiske applikationer nødvendigt at optimere og justere forholdet mellem polervæske efter specifikke forhold.
Kontrol af temperatur og tid: Temperaturen og poleringstiden for polervæsken har en vigtig indflydelse på poleringseffekten. For høj temperatur eller for lang tid kan føre til overdreven polering, hvilket resulterer i materialetab og øget overfladeruhed; for lav temperatur eller for kort tid kan føre til utilstrækkelig polering og ikke opnå den forventede poleringseffekt. Derfor skal temperatur- og tidsparametrene kontrolleres nøje under poleringsprocessen.
Efterfølgende rengøring og passivering: Overfladen af ​​det polerede titaniummateriale kan have resterende kemiske komponenter og forurenende stoffer i polervæsken. Hvis rengøringen ikke er grundig, eller passiveringsbehandlingen er forkert, kan materialets ydeevne og stabilitet blive påvirket. Derfor kræves der efter polering en grundig rengøring og passiveringsbehandling for at sikre titaniumoverfladens renhed og korrosionsbestandighed.
Miljøbeskyttelse og sikkerhedsspørgsmål: Den polervæske, der bruges i den kemiske poleringsproces, indeholder normalt nogle skadelige stoffer, såsom tungmetalioner, oxidanter osv. Emissionen og behandlingen af ​​disse stoffer kan forårsage skade på miljøet og menneskers sundhed. Derfor er det i den kemiske poleringsproces nødvendigt at nøje overholde miljøbeskyttelseslove og -bestemmelser og sikre driftsprocedurer for at sikre rationel brug af poleringsvæske og korrekt bortskaffelse af affald.

Som en af ​​de vigtige overfladebehandlingsteknologier til lyse titanium materialer , kemisk polering spiller en vigtig rolle i at forbedre materialets ydeevne og forskønne overfladen. Denne proces står dog også over for mange udfordringer og begrænsninger. Derfor er det i praktiske applikationer nødvendigt grundigt at overveje typen, formstrukturen, poleringskravene, miljøbeskyttelsen og sikkerhedsfaktorerne for titaniummaterialer for at formulere en rimelig poleringsprocesplan. Det er også nødvendigt løbende at udvikle nye poleringsvæskeformler og procesteknologier for at imødekomme behovene og udfordringerne ved forskellige anvendelsesscenarier.