DD294289A5 - Verfahren zur herstellung von verschleissfesten schichten auf aluminiumwerkstoffen - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft ein Verfahren zur Herstellung von verschleiszfesten und korrosionsbestaendigen Oberflaechenschichten auf Aluminiumwerkstoffen. Sie ist zur Oberflaechenbehandlung vielfaeltiger Aluminiumbauteile anwendbar. Erfindungsgemaesz erfolgt nach einer Plasmanitrierung der Bauteiloberflaeche in einer zweiten Stufe eine Umschmelzbehandlung der A1N-Schicht mittels energieintensiver Strahlung, vorzugsweise von CO2-Lasern. Die Schichtdicke ist durch Variation der Strahlungsintensitaet, der Aluminiumlegierung, der Ausgangsdicke der im Plasmaverfahren erzeugten A1N-Schicht, der Wirkgeschwindigkeit und des UEberdeckungsgrades des Lasers beeinfluszbar.{Aluminiumwerkstoff; Plasmanitrierung, verschleiszfest, korrosionsbestaendig; Oberflaechenveredlung; Umschmelzbehandlung; Strahlung, energiereich; Laser; Schichtdicke; Bauteiloberflaeche}
Description
Anwendungsgebiet der Erfindung
Die Erfindung findet insbesondere Anwendung bei Bauteilen aus Aluminiumwerkstoffen, die vorwiegend gleitenden Beanspruchungen unterliegen, wie Führungen oder Gleitbahnen, aber auch bei solchen, die häufig der Berührung durch die menschliche Hand ausgesetzt sind bzw. tribologisch-chemischen Belastungen unterworfen sind. Sie ist damit im Maschinenbau, aber auch im Bauwesen anwendbar.
Bekannt sind mehrere Verfahren zur Er'eugung verschleißfester und korrosionsbeständiger Schichtstrukturen auf Aluminiumwerkstoffen. Die theoretisch bekannten und in der Praxis erprobten Verfahren der anodischen Oxydation (ANOX, ANOF) erlauben die Erzeugung definierter Oxidschichten, indem durch sie die natürlich vorhandenen AI2O3-Schichten auf technischem Wege verstärkt wird. Aufgrund der Struktur und Eigenschaften dieser Schichten werden die korrosiven Parameter der behandelten Bauteile wesentlich verbessert. Die Verschleißbeständigkeit ist jedoch begrenzt, da sich nur eine dünne Übergangsschicht herausbildet, unter der sich der weiche Grundwerkstoff befindet und somit schnell ein „Durchbrechen" geschehen kann.
Andere Oberflächenveredlungsverfahren, wie sie für die Behandlung von Teilen aus Stahl bekannt sind, finden durch die notwendigen hohen Bildungstemperaturen für Aluminium und Aluminiumlegiorungen keine Anwendung. Es ist aber andererseits bekannt, daß Aluminium ein Sondernitridbildner ist und in Stählen mit Aluminium als Legierungsbestandteil während der Stickstoffdiffusion zu Aluminiumnitrid (AIN) umgewandelt werden kann. Ursache für diesen Bildungsmechanismus des Sondernitrids ist unter anderem die starke chemische Affinität des Aluminiums zum Stickstoff. Die in typischen Nitrierstählen nachgewiesenen Aluminiumnitride sind ausgesprochen hart (1230 It. KNOOP-SKALE), temperaturbeständig (θ, = 245O0C) und zeigen eine starke Resistenz gegenüber angreifenden Medien (z.B. Schmelzen, Chemikalien). Die Erzeugung des Aluminiumnitrids als kompakte Schichtstruktur auf der Bauteiloberfläche wird maßgeblich durch die unvermeidbare Existenz der natürlichen Oxidschicht (AI2O3) erschwert. Dabei wirkt die genannte A^Oa-Schicht als Diffusionsbarriere gegenüber dem zur Nitridbildung erforderlichen Stickstoff.
Unter den Bedingungen der anomalen Glimmentladung (Glimmlicht) reagiert Aluminium nach EP-PS Nr.0158271 (IPK C23C8/36) unter Einwirkung von Stickstoffionen partiell zu Aluminiumnitrid (AIN), da unter den Bedingungen des Plasmas die Oxidschicht mit ihrer negativen Wirkung ausgeschaltet bzw. reduziert wird. Der Aufbau einer nach diesem Verfahren erzeugten Nitridschicht geschieht relativ langsam (ca. Spm nach 10 Stunden). Sie besitzt eine schwarzgrau und körnig ausgebildete Struktur von nur bedingter Gleichmäßigkeit und die Übergangsschicht besitzt eine geringe Dicke. Damit ist der Verschleißschutz auch nur bedingt gewährleistet und nur begrenzt haltbar.
Ziel der Erfindung
Ziel der Erfindung is! es, ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten, verschleißbeständigen und korrosionsarmen Schichten auf Aluminiumwerkstoffen zu schaffen, mit dem eine ausreichend dicke, gleichmäßig und feinkörnig strukturierte Schutzschicht mit einer genügend dicken Übergangsschicht zum Grundwerkstoff auf dem Aluminiumbauteil erzeugt werden kann. Damit soll die Lebensdauer derartig beschichteter Bauteile erhöht werden, was volkswirtschaftlich zu Material- und Energieeinsparungen führt.
Aufgabe der Erfindung ist es, ein Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten, verschleißbeständigen und korrosionsarmen Schichten auf Aluminiumwerkstoffen zu schaffen, bei dom eine gleichmäßig strukturierte, feinkörnige und ausreichend dicke Schutzschicht und eine ausreichend stabile Übergangsschicht zum Grundwerkstoff erzeugt werden kann. Die bekannten Verfahren werden diesen Ansprüchen nicht ausreichend gerecht.
Erfindungsgemäß wird das dadurch erreicht, indem diese Verschleiß- u id Korrosionsschutzschicht in zwei Stufen erzeugt wird. In der ersten Stufe werden unter den physikalischen Bedingungen des ariomi.len Glimmlichts im Stickstoffplasma
Aluminiumnitride (AIN) vA lior Bauteiloberfläche abgeschieden. Daran schließt sich eine Umschmelzbehandlung mittels CO2-Laserstrahlung bzw. anderer energiereicher und -intensiver Strahlung an. Dadurch werden die Nitride in einem oberflächennahen Bereich in einen Verbund mit dem Aluminiumwerkstoff gebracht. Es entsteht in diesem Bereich eine Dispersionslegierung im Verbund mit dem Grundwerkstoff.
Ausführungsbeispiel
Die Erfindung soll an folgendem Beispiel näher erläutert werden:
Bauteile aus Aluminium, Aluminium-Magnesium-Legierungen und Aluminium-Silizium-Legierungen werden unter folgendsn Bedingungen in einer ersten Stufe in einer bekannten Plasmanitrieranlage zur Erzeugung von AIN-Schichten behandelt:
Nitriertemperatur: | 5500C |
Nitrierzeit: | 1h |
Spannung: | 480 V |
Stromstärke: | 3,5 A |
Gesamtdruck: | 0,43 hPa |
Abkühlung: | Retortenabkühlunn |
Gasmenge/N2: | 101 h"' |
Anschließend werden die Bauteile, die durch das Nitrieren eine schwarzgraue Farbe angenommen haben, einem Umschmelzprozeß mittels Laserstrahlung unterzogen. Die Umschmelzparameter des verwendeten CO2-LaSOrS sind im folgenden dargestellt:
Leistungsdichte des CGyLasers: | 240W cm"2 |
Laserführungsgeschwindigkeit: | 3mm · s"' |
Spurbreite dor Einzelspur: | 0,3 mm |
Überlappungsgrad: | 50% |
Fokusabstand: | 1 mm |
Brennweite: | 100 mm |
N2-Gasdurchsat?: | 1801-h"1. |
Dadurch wird ein Einschmelzen des AIN-Sondernitrids in feindisperser Form (Dispersionsschicht aus disperser Phase AIN und Aluminiumwerkstoff als Matrix) im oberfläcnennahen Bereich erzeugt. Es wird dabei ein gleichmäßiger Übergang zum Grundwerkstoff realisiert. Es sind Schichtdicken von 5μιη bis ΙΟμπι erreichbar.
Claims (3)
1. Verfahren zur Herstellung von verschleißfesten Schichten auf Aluminiumwerkstoffen, dadurch gekennzeichnet, daß in einer ersten Stufe nach bekannten Plasmanifr:erverfahren auf der Bauteiloberfläche eine AIN-Schicht erzeugi wird, die in einer zweiten Stufe einer Umschmelzbehandlung mittels energieintensiver Strahlung unterzogen wird.
2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die energiereiche Strahlung mittels CO2-Laser erzeugt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß in Abhängigkeit von der Dicke der in der ersten Stufe erzeugten AIN-Schicht, der Strahlungsenergie, der Einwirkzeit der Strahlung, der Zusammensetzung der Aluminiumlegierung und des Überdeckungsgrades sich unterschiedliche Dispersionszonen realisieren lasten.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
DD34030190A DD294289A5 (de) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | Verfahren zur herstellung von verschleissfesten schichten auf aluminiumwerkstoffen |
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Publications (1)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
DD294289A5 true DD294289A5 (de) | 1991-09-26 |
Family
ID=5618231
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
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DD34030190A DD294289A5 (de) | 1990-05-02 | 1990-05-02 | Verfahren zur herstellung von verschleissfesten schichten auf aluminiumwerkstoffen |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
DD (1) | DD294289A5 (de) |
Cited By (5)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
EP0666334A1 (de) * | 1993-10-05 | 1995-08-09 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Überzugsnitriertes Aluminiumprodukt, Verfahren zur Überzugsnitrierung desselben, und Nitrierungsmittel hierfür |
DE19519535A1 (de) * | 1995-05-27 | 1996-11-28 | Audi Ag | Verfahren zum Bearbeiten der Oberflächen von Werkstücken |
US5888269A (en) * | 1993-10-05 | 1999-03-30 | Toyota Jidosha Kabushiki Kaisha | Nitriding agent |
EP1329533A1 (de) * | 2002-01-22 | 2003-07-23 | Federal-Mogul Nürnberg GmbH | Lasernitrieren von Aluminiumbasis-Verbundwerkstoffen |
CN110904403A (zh) * | 2019-12-13 | 2020-03-24 | 东风电子科技股份有限公司 | 散热氮化铝基板及其制备方法、应用 |
-
1990
- 1990-05-02 DD DD34030190A patent/DD294289A5/de not_active IP Right Cessation
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