钛金属表面处理工艺全解析
在材料科学的广袤领域中,钛金属以其轻质、高强度、优异的耐腐蚀性等特性,成为众多行业的 “宠儿”,从航空航天的高精尖领域,到日常消费电子的精巧产品,都能看到钛金属的身影。然而,要充分发挥钛金属的潜力,表面处理工艺起着至关重要的作用。今天,就让我们深入探索钛金属表面处理工艺的精彩世界。
阳极氧化:美丽与实用兼具
阳极氧化是一种广为人知且成熟的工艺,钛金属同样适用。大部分钛的着色工艺正是借助阳极氧化来实现,能呈现出丰富多样的色彩及图纹,如冰晶花、螺纹等,极具差异化。在装饰性方面,它为钛金属制品披上了绚丽的外衣。从功能性角度而言,阳极氧化能在产品金属表面形成致密膜层。这层膜如同忠诚的卫士,增强了钛金属的机械性能、耐磨耐候性、绝缘性,还提高了与涂层的结合力。不过,需要注意的是,钛合金与铝合金有所不同,钛做阳极成本较高,且钛合金形成的氧化膜硬度比本身稍差。所以,很多厂商倾向于在纯钛材质产品表面进行阳极处理,像部分 TC4 纯钛材质的产品,经阳极氧化后呈现出独特的效果。在实际应用中,如 iPhone 15 Pro,除原色钛银色外,其他三种颜色(黑、白、蓝)便是采用阳极氧化技术着色,随后搭配 PVD 实现功能性防护 。
PVD 镀膜:提升性能的关键
PVD,即物理气相沉积,作为真空镀膜的一种,工艺已相当成熟。在钛合金表面进行 PVD 处理,主要是为其增添功能性涂层,起到保护防护等作用。以 iPhone 15 Pro 为例,除原色钛银色外,其他三款配色在阳极基础上运用 PVD 镀膜工艺,旨在提升产品表面性能。然而,后续出现的褪色等问题,也暴露出 PVD 在耐用性方面的不足。尽管如此,PVD 镀膜不仅能增强功能性,还能实现着色效果,在提升产品设计档次上贡献显著 。
CNC 加工:塑形与精修的艺术
CNC 加工在钛合金领域主要承担塑形、精修等重任。但加工过程并非一帆风顺,刀具损耗是个棘手问题。由于钛合金质地坚硬,加工难度远超其他金属。在加工时,刀具面临高温、高切削力、长摩擦距离、大振动变形以及粘刀等困境,导致磨损严重。传统刀具难以胜任,必须借助特殊复合涂层刀,甚至钻石刀、CBN 刀,才能对钛合金进行较好的机械加工。以智能手表表壳生产为例,平均每产出 4 块表壳,就会损耗 1 把刀具,成本高昂 。
研磨抛光:追求高度的细腻
研磨抛光几乎是所有材质加工不可或缺的环节,对于钛金属也不例外。其目的在于赋予产品更细腻的质感。通过采用细小的抛光粒子或耗材,对产品表面各个部位进行精细打磨。并且,借助特定工艺方案,还能打造出高光镜面、哑光磨砂等特殊效果,满足不同的审美与功能需求 。
拉丝:打造独特的哑光质感
钛金属表面可通过拉丝处理形成独特的哑光质感。这种拉丝效果在消费电子行业产品中频繁亮相,因其兼顾细腻触感与视觉美观度,深受消费者喜爱与认可,为产品增添了别样的魅力 。
激光镭雕:精密加工的利器
激光镭雕包含激光打孔与焊接等工艺,在钛金属加工中发挥着重要作用。它能够实现高精度的加工,满足一些对精细度要求极高的应用场景,为钛金属制品的制造提供了更多可能性 。
喷砂:功能性为主导
钛合金表面的喷砂工艺,主要聚焦于功能性。它能提升钛金属表面附着力,延长使用寿命(去除表面杂质等),增加产品表面的平整度及美观度,也可以理解为是为其他表面处理工艺奠定基础。苹果曾有一项新专利涉及钛合金与喷砂工艺,通过将全新喷砂工艺与蚀刻及阳极氧化相结合,实现对钛合金表面效果的优化处理,去粗取精,达到更好的防护及外观效果。据悉,iPhone 15 Pro 的钛金属边框就采用了喷砂工序 。
在钛金属制品的表面处理,尤其是精密电子产品领域,异种金属复合再做外观是一种较为理想的手段。但美中不足的是,成本居高不下。因为异种金属复合需维持各自特殊属性与特性,同时要满足规模化生产,所以价格昂贵。像苹果推出的 iPhone 15 Pro,采用全新结构设计,包裹着 100% 再生铝金属制成的全新次级结构,运用全新热机械加工等工艺,通过固态扩散的超高压力实现两种金属的高强度结合,但实际效果仍有待提升,这也表明钛金属表面处理技术还有很大的进步空间 。
钛金属表面处理工艺丰富多样,每种工艺都有其独特的优势与应用场景,它们共同推动着钛金属在各个领域的广泛应用与发展。随着科技的不断进步,相信钛金属表面处理工艺将持续创新,为我们带来更多惊喜 。