Titanium (timah) adalah senyawa yang terbentuk dari reaksi titanium dan nitrogen. Emas atau metalik, tahan aus, keras dan tahan aus, memiliki stabilitas kimia dan resistan temperatur tinggi yang luar biasa. Bahan ini merupakan bahan pelapis keras yang sangat penting, digunakan secara luas dalam pengolahan logam, manufaktur alat, industri otomotif, angkasa, peralatan medis, dan bidang-bidang lain. Dalam industri permesinan, lapisan timah digunakan untuk meningkatkan masa pakai dan efisiensi pemrosesan peralatan, khususnya di bawah lingkungan dengan beban tinggi dan temperatur tinggi.
Definisi dan karakteristik lapisan timah
1. Definisi dari lapisan timah
Titanium nitur (Timah) digunakan dalam proses (deposisi uap fisik) menggunakan teknologi katode berputar transversal. Material itu menguap dari sumber yang solid dalam bentuk atom/molekul, lalu dipindahkan ke substrat dalam bentuk uap melalui gas tekanan rendah vakum dan plasma dan mengembun pada substrat.
2. Sifat fisik dan kimia dari lapisan timah
Kekerasan: Kekerasan lapisan timah sama tingginya dengan sekitar 2000 kekerasan HV (Vickers), yang meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan substrat.
Ketahanan aus: Lapisan timah memiliki resistan aus yang sangat kuat, yang dapat memperpanjang umur pemakaian alat atau komponen secara signifikan serta mengurangi keausan dan goresan.
Resistansi suhu tinggi: Lapisan timah memiliki resistan suhu yang sangat baik dan dapat tahan terhadap suhu hingga 500-600 derajat C, sesuai untuk lingkungan kerja suhu tinggi.
Ketahanan korosi: Timah mempunyai ketahanan korosi yang baik dan dapat menahan erosi asam, alakalis dan air garam, cocok untuk lingkungan kimia yang keras.
Stabilitas kimia: Timah memiliki stabilitas kimia yang baik dan tidak mudah bereaksi dengan zat-zat kimia lainnya. Digunakan secara luas di lingkungan dengan persyaratan ketahanan korosi dan korosi kimia yang presisi.
Koefisien gesek: Lapisan timah mengurangi koefisien gesekan permukaan logam, membantu mengurangi friksi dan pembangkitan panas antar-komponen, sehingga meningkatkan efisiensi penggunaan suku cadang.
Penampilan: Timah mempunyai warna emas atau logam, kecerahan dan kemampuan aplikasi yang sangat tinggi, yang meningkatkan estetika. Alat ini sering digunakan untuk permukaan kerja yang membutuhkan keindahan dan fungsi, seperti perhiasan kelas atas, komponen menonton, aksesori otomotif, dan lain-lain.
Energi permukaan rendah: Energi permukaan lapisan timah rendah, yang dapat secara efektif mengurangi daya rekat cairan pemotong dan bagian kerja selama pemrosesan, mengurangi keausan dan perekat alat selama pemrosesan.
Perlindungan Lingkungan: Teknologi PV1 dan CVD tidak menghasilkan gas buang yang berbahaya atau pembuangan zat polutan saat melakukan lapisan timah, sehingga dapat bekerja dengan baik dalam perlindungan lingkungan.
3. Kelemahan lapisan timah
Lapisan lapisan pelapisan berlapis: Meskipun lapisan timah memiliki kekerasan tinggi, kekerasan tingginya juga membuat lapisan menjadi lebih rentan dan rentan jatuh atau mengelupas, khususnya jika terkena benturan besar atau tekanan pembengkokan.
Batas ketebalan lapisan: Karena kecepatan penimbunan lapisan rendah dari teknologi PV1 dan CVD, ketebalan lapisan timah biasanya berada di antara beberapa mikron dan puluhan mikron, yang tidak cocok untuk aplikasi yang memerlukan lapisan yang lebih tebal.
Biaya Tinggi: Proses deposisi zat pelapis timah relatif kompleks dan biaya relatif tinggi, sehingga digunakan dalam aplikasi mutakhir atau komponen bernilai tinggi.
Proses pembuatan lapisan timah
Ada dua metode utama untuk menyiapkan lapisan timah: Deposisi uap fisik (PV1) dan deposisi uap kimia (CVD). Di antaranya, PVD merupakan proses yang paling banyak digunakan. Berikut adalah dua metode persiapan lapisan timah yang umum ini.
1. Deposisi uap fisik (PV1)
PVD adalah metode yang mengubah bahan-bahan solid menjadi negara gas melalui proses fisik dan menyimpannya pada permukaan substrat untuk membentuk lapisan film yang tipis. Proses PPVD banyak digunakan untuk persiapan lapisan timah. Teknologi PV1 biasa termasuk deposisi penguapan, magnetron meludah menyebar dan lengkung evaporasi.
(1) metode penguapan: Dengan memanaskan logam titanium atau campuran titanium, uap titanium uap menguap, dan bereaksi dengan nitrogen dalam lingkungan vakum yang tinggi untuk membentuk lapisan timah.
(2) metode Magnetron melahirkannya terbakar: Menggunakan alat belatron spstrom, target titanium dibombardir dengan ion berenergi tinggi untuk melepaskan atom titanium, yang bereaksi dengan molekul nitrogen dalam atmosfer nitrogen dan disimpan pada permukaan subia untuk membentuk sebuah film timah.
(3) metode penguapan busur: Target titanium dipanaskan oleh pelepasan busur, sehingga material target titanium menguap dan bereaksi dengan nitrogen untuk menyimpan lapisan timah.
Metode PVD dapat menghasilkan lapisan yang berkualitas tinggi dan seragam, dan kondisi prosesnya ringan, yang sesuai untuk berbagai substrat.
2. Endapan uap kimia (CVD)
CVD adalah suatu metode untuk menyimpan lapisan pada permukaan substrat oleh reaksi kimia dengan menggunakan prekursor gas . Dalam proses CVD, sumber titanium dan gas sumber nitrogen masuk ke dalam ruang reaksi, dan bereaksi setelah pemanasan atau eksitasi plasma membentuk lapisan timah.
(1) Pernyataan uap bahan kimia tekanan rendah (LPCVD): Reaksi kimia dilakukan di bawah lingkungan tekanan rendah untuk menyimpan lapisan timah berkualitas tinggi yang sesuai untuk produksi massal.
(2) Pernyataan uap bahan kimia tekanan atmosfer (APPVD): Deposisi dilakukan pada kondisi tekanan atmosfer, yang sesuai untuk beberapa aplikasi khusus, tetapi karena temperatur tinggi yang diperlukan, metode ini sering digunakan untuk komponen atau komponen kerja berukuran besar yang memerlukan lapisan yang lebih tebal.
Meskipun proses CVD dapat menghasilkan lapisan yang lebih tebal, sistem ini membutuhkan temperatur yang lebih tinggi dan memiliki persyaratan peralatan yang lebih tinggi. Oleh karena itu, pada beberapa hal, proses PVD lebih umum digunakan.
Bidang aplikasi dari lapisan timah
Aplikasi lapisan timah yang luas tidak hanya meningkatkan kinerja alat, tetapi juga mendukung pengembangan teknologi di banyak industri. Berikut ini adalah bidang aplikasi utama dari lapisan timah:
1. Alat pemotong
Lapisan timah sering digunakan pada alat pemotong logam seperti pisau, bor, dan pemotong penggilingan untuk meningkatkan ketahanan aus dan ketahanan temperatur tinggi. Lapisan timah dapat mengurangi gesekan selama pemotongan dan mengurangi akumulasi panas antara alat dan pekerja, sehingga memperpanjang masa pakai alat dan meningkatkan efisiensi pemrosesan.
2. Cetakan presisi
Lapisan timah dapat meningkatkan ketahanan aus permukaan mold, mengurangi gesekan antara cetakan dan plastik atau logam, serta mengurangi tingkat keausan mold, khususnya pada cetakan plastik dan cetakan cetakan cetakan logam campuran aluminium.
3. Perangkat medis
Lapisan timah memiliki aplikasi penting pada alat-alat medis, terutama pada pisau bedah, alat gigi, alat bedah, dan bidang lainnya. Lapisan timah dapat meningkatkan ketahanan aus dan biocompatibility instrumen, dan pada saat yang bersamaan, karena tampilan keemasan, keindahan instrumen dapat meningkatkan estetika.
4. Suku cadang otomotif
Lapisan timah sering digunakan pada komponen utama seperti komponen engine dan sistem rem otomotif untuk meningkatkan ketahanan terhadap keausan, ketahanan temperatur tinggi, dan ketahanan terhadap korosi, memperpanjang masa pakai suku cadang dan meningkatkan kinerja secara keseluruhan.
5. Lapisan dekoratif
Karena gairah keemasan yang cantik, lapisan timah juga banyak digunakan pada unsur-unsur dekoratif seperti aksesori yang menonjol, jam tangan, perhiasan, dan tas ponsel, yang memadukan keindahan dan fungsionalitas.
Perkembangan trend lapisan timah
1. Lapisan multifungsi: Penelitian dan mengembangkan lapisan komposit berbasis timah baru, seperti lapisan TiAlN, TiSiN, dsb., untuk meningkatkan kinerja lapisan secara komprehensif.
2. Teknologi lapisan suhu rendah: Mengembangkan teknologi lapisan timah dengan suhu rendah untuk mengurangi dampak termal pada substrat dan memperluas rentang aplikasinya.
Lapisan nano-tin: Gunakan nanotechnology untuk memproduksi lapisan timah yang lebih halus dan seragam untuk meningkatkan kekerasan dan ketahanan aus pada lapisan. 3
Lapisan timah digunakan secara luas dalam pengerjaan dengan mesin, medis, otomotif, dan industri lain karena kekerasan yang sangat baik, ketahanan aus, resistan temperatur tinggi, dan resistan korosi. Dengan kemajuan teknologi coating, area kinerja dan aplikasi lapisan timah semakin meningkat. Melalui inovasi dan optimalisasi proses produksi yang berkelanjutan, lapisan timah akan menghasilkan solusi pemesinan yang lebih efisien dan ekonomis, dan meningkatkan pengembangan pemesinan menuju ke presisi yang lebih tinggi dan performa yang lebih tinggi.
