מוט טיטניום בקוטר 10 מ"מ יכול לתמוך בעומס של 30 טון וגם לשמש כסטנט לב בגוף האדם למשך 20 שנה. הביצועים "הכל-" של החומר הזה מבוססים על תהליך ייצור קפדני ביותר. מחומרי גלם למוצרים מוגמרים, כל סטייה של 0.1% עלולה להפוך את כל קבוצת המוצרים לבלתי שמישה. ששת השלבים הבאים מהווים את קו ה"עשה-או-שבירה" בייצור של מוטות טיטניום.
1. בחירת חומרי הגלם הנכונים: ה"גנים" של הביצועים
הביצועים של מוטות טיטניום נעולים משלב חומר הגלם.
תעופה וחלל: Ti-6Al-4V (GR5) נמצא בשימוש נרחב, מאזן חוזק וקשיחות ברמת 900 MPa.
שתלים רפואיים: תוכן הטומאה חייב להיות בפיקוח קפדני. על כל עלייה של 1 ppm בזיהומים, הסיכון לדחייה עולה ב-10%.
בעת הכנת המרכיבים, יש לשקול גם את סגסוגת הספוג טיטניום וסגסוגת האלומיניום-ונדיום בדייקנות ברמת מיליגרם- כדי למנוע תנודות ביסודות קורט שעלולים להוביל למיקרו-מבנה בלתי נשלט בשלב מאוחר יותר.
2. התכה: "אלכימיזציה" בוואקום
טיטניום "יבלע" חמצן וחנקן בטמפרטורות מעל 1,500 מעלות ויהפוך שביר באופן מיידי. לכן, תהליך ההיתוך חייב להתבצע בתנור התכה מחדש בקשת ואקום (VAR) או בתנור אח קר קרן אלקטרונים (EBCHM).
• VAR: על ידי המסת האלקטרודות הדחוסות שכבה אחר שכבה כמו "הדפסת תלת מימד", ניתן להשיג מטילי טוהר של מעל 99.995%.
EBCHM: באמצעות סריקת אלומת אלקטרונים, ניתן לאדות ישירות תכלילים בצפיפות- גבוהה כגון טונגסטן ומוליבדן. מוטות טיטניום בדרגת רוטור תעופה חייבים להיות מומסים פעמיים.
לאחר התכה אחת, יש לקחת דגימות להשוואה ספקטרלית. אם הפרדת הרכיבים גדולה מ-0.3%, כל התנור ייגרט.
3. עיבוד תרמי: חישול ה"דיסקוס" לגידים ועצמות
מטיל הטיטניום מחומם תחילה לנקודת מעבר הפאזה (בערך 995 מעלות), ולאחר מכן מתערער שוב ושוב ונמשך באזור + דו-פאזי-.
רק כאשר יחס החישול גדול או שווה ל-3:1 ניתן לדחוס את הנקבוביות המיקרו- הפנימיות.
יש לשלוט בכל עיוות מעבר בתוך 20% עד 40%. אם זה מהיר מדי, זה יגרום לקריעה; אם זה איטי מדי, הגרגרים יהיו גסים.
לאחר מכן, הוא מגולגל חם-לבלטים, עם דרישת שגיאת טמפרטורה של ±5 מעלות. אחרת, ההבדל בביצועים בין החלק הקדמי והאחורי של אותו בר יכול להגיע ל-15%.
4. טיפול בחום: ה"כוונון עדין-" של מבנה המיקרו
חישול הומוגניזציה: 850 מעלות / שעתיים לביטול הפרדת הרכב;
טיפול ויישון בתמיסה: מרווה מים ב-940 מעלות + 540 מעלות התיישנות למשך 4 שעות, מה שמאפשר ליחס + פאזה להגיע ל-80:20, וניתן להגדיל עוד יותר את החוזק ב-12%.
5. טיפול פני השטח: שריון מוטות הטיטניום
• כבישה: התמיסה המעורבת של HF ו-HNO₃ מסירה את אבנית התחמוצת, וחושפת את הבסיס הלבן הכסוף-.
חיטוי זריקות: זריקות פלדה של 0.3 מ"מ פוגעות במשטח במהירות של 60 מ"ש, מכניסות מתח לחיצה ברמת 200 מגפ"ס ומגדילות את חיי העייפות ב-50%.
ליטוש אלקטרוליטי: מוטות טיטניום רפואיים עוברים ליטוש אלקטרוליטי כדי להשיג חספוס פני השטח של Ra פחות או שווה ל-0.1 מיקרומטר, ומפחית את הידבקות החיידקים ב-80%.
חמצון אנודי: נוצר סרט תחמוצת בגודל 2 מיקרומטר, שהוא לא רק עמיד בפני קורוזיה- אלא גם ניתן לצביעה.
6. זיהוי: סיכוני מסך ירדו ל"אפס"
• הרכב כימי: כל מוט נבדק על ידי ספקטרומטר. אם סטיית היסוד עולה על 0.01%, היא נמחקת.
מאפיינים מכניים: דגימה אקראית לבדיקת מתיחה, אם ההתארכות בשבירה נמוכה מ-10%, כל המנה תוחזר.
בדיקות לא-הרסניות:
- בדיקות אולטרסאונד (UT): זוהו תכלילים ופגמים בתוך מוטות טיטניום גדולים מ-Ф0.8 מ"מ.
- Eddy Current ET: זיהוי סדקים של פני השטח בעומק של 0.05 מ"מ;
מיקרו-מבנה: בדוק את גודל הגרגר והפיזור תחת מיקרוסקופ מטאלוגרפי.
מַסְקָנָה
ייצור מוטות טיטניום הוא קרב נגד "פגמים ברמת המיקרון-". משליטה בטומאה ברמת ppm ועד לחספוס פני השטח של 1 מיקרומטר, כל צעד מאתגר את הגבולות הפיזיים. בעתיד, הדפסת תלת-ממד ויצירת צורה-נטו- עשויה לקצר את התהליך, אך השאיפה ל"ביצועים אולטימטיביים" לעולם לא תיפגע.
