AT412880B - Verfahren zum beschichten eines werkstückes aus titan oder einer titanlegierung mit einer funktionsschicht - Google Patents

Description

   <Desc/Clms Page number 1> 
 



   Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer Funktionsschicht, wobei auf die zu beschichtende Werkstückoberfläche vor dem Aufbringen der Funktionsschicht eine metallische Zwischenschicht aus einer Ionen der Zwischenschicht enthaltenden Lösung stromlos abgeschieden wird, nachdem die Werkstückoberfläche mit einem körnigen Strahlungsmittel bestrahlt wurde. 



   Während die Korrosionsfestigkeit von Werkstücken aus Titan oder einer Titanlegierung aufgrund der Ausbildung einer dichten Oxidschicht auf der Werkstückoberfläche gegenüber vielen Medien ausreichend ist, sind insbesondere die tribologischen Eigenschaften solcher Werkstücke für viele Anwendungen unzureichend. In diesen Fällen ist es notwendig, die Werkstücke aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer Funktionsschicht zu überziehen, was aber wegen der sich auf der Werkstückoberfläche bildenden Oxidschicht Schwierigkeiten macht. Diese Oxidschicht wird vor dem Aufbringen der Funktionsschicht durch ein Beizen der Werkstückoberfläche entfernt.

   Für die nachfolgende Aktivierung der metallischen Oberfläche werden Lösungen aus Chromsäure, Flusssäure und Arsen- oder Antimonverbindungen (DE 30 08 314   A1),   aus Chromsäure, Flusssäure und Hexafluorkieselsäure (DE 31 33 189 A1) oder aus Essigsäure und Flusssäure (WO 90/03 457 A1) vorgeschlagen. Trotz dieser Aktivierung muss jedoch eine Haftvermittlungsschicht aus Nickel vorgesehen werden, um eine ausreichende Haftung der Funktionsschicht auf der Werkstückoberfläche zu erreichen.

   Um die Oxidbildung während des galvanischen Abscheidens einer Haftvermittlungsschicht aus Nickel zu vermindern, kann zunächst eine Nickelvorschicht aus einer Salzsäure und Nickelchloridpentahydrat enthaltenden Lösung elektrolytisch abgeschieden werden (WO 90/03 457 A1), bevor die restliche Nickelabscheidung stromlos aus einem herkömmlichen Nickelelektrolyt abgeschieden wird. Nachteilig bei diesen bekannten Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung ist vor allem der Einsatz äusserst aggressiver und giftiger Ätzmittel und der vergleichsweise hohe Verfahrensaufwand. Trotz dieses Verfahrensaufwandes ist es in vielen Fällen notwendig, eine zusätzliche Wärmebehandlung zur Verbesserung der Haftung der Nickelschicht auf der Werkstückoberfläche bei Temperaturen über 400 C vorzunehmen.

   Diese Behandlungstemperaturen können aber unter Umständen die mechanischen Eigenschaften des Werkstückes nachteilig beeinflussen. 



   Darüber hinaus ist es bekannt (GB 788 721 A), zur Beschichtung von Uran, Zirkon, Titan, Tantal, Niob, Molybdän, Wolfram oder Vanadium die Oberflächenoxidschicht dieser Metalle durch ein Strahlen mit Eisenteilchen zu entfernen, um die Metalle dann mit einer schwefelsauren Kupfersulfatlösung zu behandeln. Auf die sich dabei an der Werkstückoberfläche anlagernde Kupferschicht kann aus einem üblichen Galvanikbad eine Funktionsschicht, beispielsweise aus Nickel, elektrolytisch abgeschieden werden. Diese bekannten Kupferabscheidungen auf der zu beschichtenden Werkstückoberfläche sind jedoch nicht geeignet, eine auch höheren Anforderungen genügende Haftung einer Funktionsschicht auf der Oberfläche eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung zu gewährleisten. 



   Schliesslich ist es bekannt (DE 39 17 694 A1 ), zur besseren Verbindung eines Lagermetalls auf Aluminiumbasis mit einer galvanisch abgeschiedenen Laufschicht, die bis zu 15 % Kupfer, bis zu 20 % Antimon, Rest Zinn enthält, auf das Lagermetall eine Zwischenschicht stromlos abzuscheiden, die neben Bestandteilen der Laufschicht Nickel, Kobalt oder Eisen aufweist. Eine solche Beschichtung eines Lagermetalls auf Aluminiumbasis kann jedoch keine Lehre dafür geben, wie ein Werkstück aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer Funktionsschicht dauerhaft versehen werden kann. 



   Der Erfindung liegt somit die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer Funktionsschicht der eingangs geschilderten Art so auszugestalten, dass unter vergleichsweise einfachen Verfahrensbedingungen eine gute Haftung der Funktionsschicht an der beschichteten Werkstückoberfläche sichergestellt werden kann. 



   Die Erfindung löst die gestellte Aufgabe dadurch, dass die gestrahlte Oberfläche des Werkstückes mit einer Ionen von Nickel, Kobalt und/oder Eisen enthaltenden Lösung behandelt und dann mit Nickel, Kobalt oder Eisen oder einer Legierung aus wenigstens einem dieser Elemente als Zwischenschicht galvanisch beschichtet wird. 



   Da Nickel, Kobalt und Eisen einen beispielsweise im Vergleich zu Kupfer geringen Potentialunterschied zu Titan und dessen Legierungen aufweisen, kommt es bei einer Behandlung der von 

 <Desc/Clms Page number 2> 

 der Oxidschicht befreiten Werkstückoberfläche mit einer Nickel-, Kobalt- und/oder Eisenionen enthaltenden Lösung zu einem trägen Austausch von Nickel und Titan bzw. Kobalt oder Eisen und Titan mit der Folge, dass sich eine sehr feinkörnig kristallisierte, äusserst dünne, nur wenige Atomlagen dicke Austauschschicht aus Nickel, Kobalt und/oder Eisen ausbildet, auf die dann die Haftvermittlungsschicht aus Nickel, Kobalt oder Eisen bzw. deren Legierungen in herkömmlicher Weise galvanisch abgeschieden werden kann.

   Diese fein kristalline Austauschschicht aus Nickel, Kobalt und/oder Eisen bedingt eine gute Haftung der eigentlichen Zwischenschicht, auf die dann die Funktionsschicht aufgebracht werden kann, was nicht zwangsläufig durch ein galvanisches Abscheiden erfolgen muss. Da die feinkristalline Austauschschicht den Aufbau einer Oxidschicht bis zur unmittelbar anschliessenden galvanischen Beschichtung verhindert, ergibt sich sowohl zwischen der Werkstückoberfläche und der Zwischenschicht als auch zwischen der Zwischenschicht und der auf der Zwischenschicht aufgebrachten Funktionsschicht eine gute Haftung. Der Verfahrensaufwand ist dabei gering, weil die Entfernung der Oxidschicht durch ein Bestrahlen der Werkstückoberfläche mit einem körnigen Strahlungsmittel ohne Einsatz von Beizbädern erfolgt und keine Ätzmittel zur Aktivierung der Werkstückoberfläche notwendig werden. 



   Um die Gefahr einer Oxidbildung zwischen der Bestrahlung der Werkstückoberfläche mit einem körnigen Strahlungsmittel und der Behandlung der gestrahlten Oberfläche mit einer Nickel-, Kobalt- und/oder Eisenionen enthaltenden Lösung zu vermeiden, kann das Werkstück mit einer Aufschlämmung eines körnigen Strahlungsmittels in einer Nickel-, Kobalt- und/oder Eisenionen enthaltenen Lösung bestrahlt werden, so dass die Ausbildung der Austauschschicht aus Nickel, Kobalt und/oder Eisen in einem Arbeitsgang mit dem Entfernen der Oxidschicht erfolgt. 



   Nach der Aufbringung der Funktionsschicht auf die Zwischenschicht kann das Werkstück einer Wärmebehandlung unterhalb von 400 C, vorzugsweise zwischen 150 und 250 C, unterworfen werden, um einerseits eine Temperung der aufgebrachten Funktionsschicht zu erreichen und anderseits die Haftung zwischen der Zwischenschicht und dem Titanwerkstoff des Werkstückes zu verbessern. Eine Wärmebehandlung unterhalb von 400 C beeinflusst nicht mehr die physikalischen Eigenschaften des Werkstückes. Ausserdem erlaubt diese Temperaturbehandlung den Einsatz tribologischer Funktionsschichten mit Legierungsbestandteilen, die einen Schmelzpunkt im Bereich von 400 C aufweisen. 



   Zur Behandlung der gestrahlten Oberfläche des Werkstückes mit einer Nickelionen aufweisenden Lösung können 10 bis   100g/1   Nickelionen bevorzugt in Form von Sulfamaten, Sulfaten oder Chloriden oder als deren Gemische eingesetzt werden. Die Konzentration der Nickelionen liegt bevorzugt zwischen 30 und   80g/l.   Der pH-Wert der Lösung ist zwischen 2 und 5, vorzugsweise zwischen 3 und 4, einzustellen. Gegebenenfalls kann die Lösung auch ein Tensid, beispielsweise Natriumlaurylsulfat, enthalten. Die Arbeitstemperatur liegt üblicherweise zwischen 15 und 40 C. 



  Wenn die Werkstückoberfläche zugleich bestrahlt werden soll, dient die Lösung als Strahllösung, die zusätzlich abrasive Strahlmittel in einer entsprechenden Menge aufweist. 



   Zum galvanischen Abscheiden einer Zwischenschicht aus Nickel auf einer aus einer solchen Lösung abgeschiedenen Nickelaustauschschicht kann vorzugsweise ein Nickelelektrolyt aus   310g/1   Nickelsulfat,   50g/1   Nickelchlorid und   40g/1   Borsäure mit üblichen Zusätzen, wie beispielsweise Porenverhütungsmitteln, ausgegangen werden. Der pH-Wert ist zwischen 2,5 und 5 einzustellen, wobei die Abscheidung bei einer Stromdichte von 1 bis 10 A/dm2 erfolgt. Es könnte aber auch eine stromlose Abscheidung vorgenommen werden. 



   Auf die aus dem Nickelelektrolyt galvanisch abgeschiedene Zwischenschicht aus einer Nickellegierung können dann beliebige Funktionsschichten aufgebracht werden, beispielsweise auch niedrig schmelzende Komponenten wie Zinn, Blei, Zink, Cadmium, Indium oder Wismut. 



   Werden Zwischenschichten aus Kobalt oder Eisen eingesetzt, so weisen die Behandlungslösungen grundsätzlich einen ähnlichen Aufbau auf. 

**WARNUNG** Ende DESC Feld kannt Anfang CLMS uberlappen**.

Claims (3)

1. PATENTANSPRÜCHE: 1. Verfahren zum Beschichten eines Werkstückes aus Titan oder einer Titanlegierung mit einer Funktionsschicht, wobei auf die zu beschichtende Werkstückoberfläche vor dem Auf- bringen der Funktionsschicht eine metallische Zwischenschicht aus einer Ionen der <Desc/Clms Page number 3> Zwischenschicht enthaltenden Lösung stromlos abgeschieden wird, nachdem die Werk- stückoberfläche mit einem körnigen Strahlungsmittel bestrahlt wurde, dadurch gekenn- zeichnet, dass die gestrahlte Oberfläche des Werkstückes mit einer Ionen von Nickel, Ko- balt und/oder Eisen enthaltenden Lösung behandelt und dann mit Nickel, Kobalt oder Eisen oder einer Legierung aus wenigstens einem dieser Elemente als Zwischenschicht galvanisch beschichtet wird.
2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück mit einer Auf- schlämmung eines körnigen Strahlungsmittels in einer Nickel-, Kobalt- und/oder Eisen- ionen enthaltenden Lösung bestrahlt wird.
3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass das Werkstück nach dem Aufbringen der Funktionsschicht einer Wärmebehandlung unterhalb von 400 C, vor- zugsweise zwischen 150 und 250 C, unterworfen wird.