Das Polieren von Titanschrauben ist ein wichtiger Nachbearbeitungsprozess, der auf die Verbesserung ihrer Oberflächenbeschaffenheit, Ästhetik, Korrosionsbeständigkeit und Ermüdungseigenschaften abzielt. Aufgrund der Eigenschaften einer Titanlegierung mit hoher Festigkeit, guter Korrosionsbeständigkeit, schlechter Wärmeleitfähigkeit und hoher chemischer Aktivität ist der Polierprozess komplexer als der von gewöhnlichen Stahlschrauben und eine genaue Kontrolle ist erforderlich, um Materialschäden zu vermeiden. Im Folgenden sind die wichtigsten Poliermethoden für Titanschrauben und ihre detaillierten Beschreibungen aufgeführt.
1. MechanischPölenPProzess
Zunächst einmal ist das mechanische Polieren die einfachste und am weitesten verbreitete Methode. Bei dieser Methode werden die mikroskopisch kleinen Wölbungen auf der Oberfläche der Schraube durch physikalische Reibung entfernt, wodurch nach und nach eine glatte, spiegelnde Oberfläche entsteht. Bei Titanschrauben wird typischerweise ein schrittweiser Prozess befolgt, von grob nach fein. Das Grobschleifen kann in der Anfangsphase mit Bändern oder Schleifscheiben erfolgen, um Grate und größere Kratzer zu entfernen, die durch die Bearbeitung entstanden sind. Anschließend erfolgt der Feinschliff, häufig mit einer Reihe grober bis feiner Schleifpapiere oder Schleifsteine zum manuellen oder maschinellen Schleifen. Für die Produktion hoher Stückzahlen ist das Walzenpolieren eine effiziente Option, bei der die Schraube mit dem Schleifmedium (z. B. Keramikdreieck, Porzellankugel mit hohem Aluminiumoxidgehalt) und Polierflüssigkeit in die Trommel eingesetzt wird und die Schraube und das Medium durch die Drehung der Trommel eine zufällige und gleichmäßige Reibung erzeugen, um den Effekt des Entgratens und des vorläufigen Aufhellens zu erzielen. Das Prinzip des Vibrationspolierens ist ähnlich: Durch den Vibrationsmotor wird eine spiralförmige Bewegung des Mediums und des Werkstücks im Behälter erzeugt. Die Verarbeitungseffizienz ist hoch, die Beschädigung der Schraube ist gering und besonders für Präzisionsteile geeignet. Um ein höheres Finish zu erzielen, wird in der Endphase des mechanischen Polierens das Radpolieren mit einem Tuch oder einer Nylonscheibe durchgeführt, die an einer feinen Diamantpaste oder Aluminiumoxidpolitur befestigt ist, und die Schraubenoberfläche wird abschließend mit einem rotierenden Hochgeschwindigkeits-Schleifrad poliert, um einen spiegelähnlichen Glanz zu erzielen. Beim mechanischen Polieren muss jedoch berücksichtigt werden, dass übermäßiger Druck oder falsche Schleifmittel mikroskopische Kratzer oder „Orangenhaut“ auf der Oberfläche der Titanlegierung verursachen können, und es ist notwendig, Änderungen der Materialeigenschaften durch lokale Überhitzung zu verhindern.
2. ElektrochemischPölenPProzess
Zweitens zeigt das Elektropolieren als berührungslose Oberflächenbehandlungstechnologie einzigartige Vorteile beim Präzisionspolieren von Schrauben aus Titanlegierungen. Das Prinzip besteht darin, Schrauben aus Titanlegierung als Anode zu verwenden und diese in eine spezielle Elektrolytlösung (normalerweise eine Mischung aus Perchlorsäure, Eisessig, Ethanol oder anderen organischen Lösungsmitteln, deren Betrieb äußerst gefährlich ist und strengen Schutz erfordert) zu legen und an Gleichstrom anzuschließen. Unter der Wirkung eines elektrischen Feldes ist die Stromdichte an der mikroskopischen Erhebung auf der Oberfläche der Schraube höher und die Metallionen lösen sich bevorzugt im Elektrolyten auf, während die Auflösungsgeschwindigkeit in der mikroskopischen Vertiefung relativ langsam ist. Der wesentliche Vorteil des Elektropolierens besteht darin, dass Schrauben mit komplexen Formen und Gewinden bearbeitet werden können, wodurch ein gleichmäßiges Polieren der gesamten Oberfläche ohne mechanische Beanspruchung erreicht wird, ohne dass neue Kratzer oder eingebettete Schleifmittel entstehen, und die durch die Bearbeitung erzeugte Oberflächenspannungsschicht effektiv entfernt und die Ermüdungsfestigkeit verbessert wird. Diese Methode stellt jedoch äußerst strenge Anforderungen an die Elektrolytformel, Temperatur, Stromdichte und -zeit sowie andere Parameter, und die meisten der verwendeten Elektrolyte weisen starke korrosive, brennbare und explosive Eigenschaften auf und müssen von entsprechendem Personal unter professioneller Belüftung und explosionssicheren Einrichtungen betrieben werden.
Darüber hinaus kann das chemische Polieren als eine vereinfachte Version des Elektropolierens betrachtet werden, bei der kein Strom erforderlich ist, Titanschrauben lediglich in eine spezielle chemische Polierlösung getaucht werden und eine Oberflächenglättung durch die korrosive Wirkung chemischer Reagenzien erreicht wird. Gängige chemische Polierflüssigkeiten enthalten meist eine Mischung aus Flusssäure (HF) und Salpetersäure (HNO3). Flusssäure wird zum Auflösen von Titan und seinen Oxiden verwendet, während Salpetersäure als Oxidationsmittel fungiert, die Korrosionsgeschwindigkeit hemmt und die Reaktion kontrollierbar macht. Durch Anpassen der Konzentration, des Verhältnisses und der Temperatur der Säure können die Poliergeschwindigkeit und die Oberflächenqualität gesteuert werden. Chemisches Polieren erfordert geringe Investitionen in die Ausrüstung, ist relativ einfach zu bedienen und kann eine große Anzahl kleiner Schrauben gleichzeitig mit hoher Produktionseffizienz verarbeiten. Der Nachteil besteht jedoch darin, dass die Gleichmäßigkeit des Polierens möglicherweise nicht so gut ist wie beim Elektropolieren, die Anforderungen an die Kontrolle der Tankflüssigkeit hoch sind und während des Reaktionsprozesses schädliche Gase wie Stickoxide entstehen, was ein gutes Abgasbehandlungssystem erfordert, und auch die Entsorgung der Polierabfallflüssigkeit steht unter Umweltdruck.
3. MagnetischPölenPProzess
Darüber hinaus gibt es einige fortgeschrittene Poliermethoden für Verbundwerkstoffe oder als Hilfsmittel für die anschließende Bearbeitung. Beim magnetischen Polieren wird beispielsweise ein Magnetfeld verwendet, um die Magnetnadel so anzutreiben, dass sie sich dreht und die Schraubenoberfläche und das Gewinde mit hoher Geschwindigkeit zerkratzt, um ein Feinschleifen ohne tote Enden zu erzielen, was sich besonders zum Entfernen von Graten im Gewinde und zur Verbesserung des Gesamtfinishs eignet. Obwohl Sandstrahlen normalerweise nicht als Endpoliermethode eingesetzt wird, kann es als Vorbehandlung verwendet werden, wobei extrem feine Glasperlen oder Aluminiumoxidsand verwendet werden, um unter dem Antrieb von Druckluft auf die Oberfläche der Schraube zu prallen, wodurch ein gleichmäßiges mattes Satinfinish entsteht und eine gleichmäßigere Basis für die anschließende Elektrolyse oder das chemische Polieren entsteht.
Nach Abschluss eines der oben genannten großen Polierprozesse werden in der Regel auch eine Reinigung und Passivierung durchgeführt. Insbesondere bei Titanlegierungen ist deren Oberfläche sehr anfällig für die Bildung eines Oxidfilms, und durch Beizpassivierung (z. B. mit Salpetersäure und Fluoridlösungen) können Verunreinigungen wie freie Eisenionen auf der Oberfläche entfernt und die Bildung eines dichten und stabilen Titandioxid-Passivierungsfilms gefördert werden. Dieser Passivierungsfilm kann die Korrosionsbeständigkeit der Schrauben erheblich verbessern und die Oberflächenästhetik weiter verbessern, was zu einem länger{2}anhaltenden polierten Glanz führt.
Zusammenfassend lässt sich sagen, dass das Polieren von Schrauben aus Titanlegierungen eine kollaborative Systemtechnik mit mehreren Prozessen ist. Die Wahl der Methode hängt von einer Kombination aus Schraubenoberflächenbeschaffenheit, Produktionseffizienz, Kostenkontrolle und Umweltanforderungen ab. Mechanisches Polieren ist sehr vielseitig, Elektropolieren ist äußerst präzise und stressfrei, und die Effizienz des chemischen Polierens ist hoch, aber die Herausforderungen beim Umweltschutz sind groß. In der tatsächlichen Produktion werden je nach Produktqualität häufig mehrere Verfahren kombiniert eingesetzt, wie z. B. mechanisches Schleifen oder Sandstrahlen zur Erzielung einer Grundebenheit, anschließendes Elektropolieren zur präzisen Nivellierung und abschließend eine gründliche Reinigung und Passivierungsbehandlung, um sicherzustellen, dass Schrauben aus Titanlegierung ein hervorragendes Aussehen, eine hervorragende Serviceleistung und eine lange Lebensdauer haben.
