DE3219071A1 - Verfahren zum plattieren von titan mit einer harten schicht - Google Patents

Verfahren zum plattieren von titan mit einer harten schicht

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Udo Dr. 4300 Essen König
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    • C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
    • C23C24/00—Coating starting from inorganic powder
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Description

Dr. U. König - 4300 Essen 1
Verfahren zum Plattieren von Titan mit einer harten Schicht
Die vorliegende Erfindung betrifft ein Verfahren zur Erzeugung einer wenigstens 30 ym dicken harten Oberflächenschicht auf Titan oder Titanlegierungen. Durch eine solche harte Oberflächenschicht wird die Beständigkeit des Metalles gegenüber reibendem Verschleiß verbessert und die Reibverschweißneigung vermindert. Die Oxidations- bzw. Korrosionsbeständigkeit wird ebenfalls verbessert.
In dem Fachbuch von U. Zwicker: Titan und Titanlegierungen, Springer-Verlag Berlin-Heidelberg-New York 1974, sind verschiedene Verfahren zur Erzeugung von Schutzschichten auf Titanlegierungen angegeben. Durch eine Wärmebehandlung in einem
Stickstoff- oder Kohlenstoff-abgebenden Medium kann die Randzone des Gegenstandes aus der Titanlegierung in Titannitrid oder Titancarbid umgewandelt werden. Das Medium kann eine Gasatmosphäre (z.B. N2, NH3, CH4), ein Schmelzbad (z.B. ein
cyamidhaltiges Salzbad) oder eine Pulverpackung (z.B. Ruß) sein. Weitere Verfahren sind das Borieren und elektrolytisch abgeschiedene Metallschichten aus Chrom, Kupfer und Nickel. Alle diese Verfahren haben spezifische, die Anwendung einschränkende Nachteile. Beim Nitrieren, Carburieren und Borieren bildet sich rasch an der Oberfläche eine dünne, sehr harte und spröde Oberflächenschicht aus Titannitrid, Titancarbid oder Titandiborid. Diese Schichten haben nur kleine Diffusionskoeffizienten für die Elemente Stickstoff, Kohlenstoff bzw. Bor, so daß ein weiteres rasches Ein-
Dr. U. König, 4300 Essen 1
dringen der genannten Elemente sehr verzögert wird. Daher sind sehr lange Behandlungszeiten erforderlich, um mehr als 30 ym dicke Hartstoffschichten zu erhalten. Bei der elektrolytischen Abscheidung von Chrom, Kupfer oder Nickel ist die Haftung der Schichten auf Grund der Bildung von sehr dünnen Passivschichten aus Titanoxid auf dem Titangegenstand häufig unzureichend. Erwähnt seien in diesem Zusammenhang auch noch die technischen sehr aufwendigen Verfahren der chemischen Gasphasenabscheidung (CVD), des Aufdampfens und des Kathodenzerstäubens zum Aufbringen von Hartstoffschichten.
Zusammenfassend kann festgestellt werden, daß jedes der genannten Verfahren bestimmte Nachteile aufweist.
In den dieser Erfindung zugrundeliegenden Überlegungen wurde die Aufgabe gestellt, ein einfach zu handhabendes Verfahren zur Herstellung von relativ dicken (>30ym) harten Schutzschichten auf Titan bzw. Titanlegierungen zu entwickeln, das die genannten Nachteile vermeiden.
überraschenderweise wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß eine dünne Metallfolie, deren Zusammen-Setzung durch MexT^ · mit den Stoffmengenanteilen 0,7<x<0,9 gegeben ist, auf den zu beschichtenden Gegenstand gelegt wird und als Reaktionspaar im Vakuum oder in inerter Atmosphäre auf eine Temperatur zwischen 7000C und 12000C erwärmt wird.
Me bezeichnet hierbei eines oder mehrere Elemente
aus der Reihe Cr, Fe, Co, Ni, Cu und Mo und T eines oder mehrere Elemente aus der Reihe B, C, Si und P. Folien der genannten Zusammensetzung lassen sich durch schnelles Abkühlen aus dem schmelzflüssigen
Zustand als dünne, ca. 10 bis 60 pm dicke und an Dr. U. König, 4300 Essen 1
sich beliebig breite Bafnder in dem sog. amorphen Zustand herstellen. In diesem Zustand sind die Folien biegsam und von hoher mechanischer Festigkeit. Im normal kristallisierten Zustand sind die beschriebenen Legierungen dagegen spröde und nicht zu Folien auswalzbar. An und für sich ist die Wirkungsweise der Erfindung jedoch nicht an einen amorphen Zustand des Folienmaterials gebunden. Wenn es auf anderem Wege gelingt, die Legierung MevTi ausreichend gleichmäßig und in bestimmter Menge auf das zu beschichtende Titanteil zu bringen, wird die erfingungsgemäße Härtung der Oberflächenschicht ebenfalls erreicht.
Im folgenden wird an Hand eines Beispieles die Ausführung der Erfindung näher beschrieben.
Eine aus 61,8 % Ni, 4 % Fe, 13,2 % Cr, 7,9 % Si
und 13,1 % B (Stoffmengengehalte in %) zusammengesetzte amorphe Folie von 28 ym Dicke wurde auf ein Teil aus der Titanlegierung TiAI6V4 gelegt, im Vakuum auf eine Temperatur von 10500C erwärmt, 15 Minuten bei dieser Temperaturgehalten und im
Ofen abgekühlt. Es zeigte sich, daß die Folie fest mit der Oberfläche verschmolzen war. Ein metallographischer Schräg sch I iff zeigte den Aufbau der oberflächennahen Schichten nach der Reaktion. Die Oberflächenschicht wies ein sehr feinkristallines, rißfreies Gefüge auf. Die beeinflußte Zone hatte eine Gesamtdicke von ca. 300 pm. In dem an die Oberfläche grenzenden Schichtbereich von ca. 70 ym wurden Vickers-Härtezahlen HV 0,05 zwischen 900 und 1170 bestimmt. Die Härtezahlen dieser Schicht
erreicht bzw. übertrifft somit die Härtegrade der besten Werkzeug stähle. Die tieferliegenden Schichtbereiche wiesen allmählich abfallende Härtezahlen zwischen 900 und 400 auf.
Dr. U. König, 4300 Essen 1
In der Figur 1 ist die Abhängigkeit der Härtezahlen von deren Abstand zur Oberfläche dargestellt. Zum Vergleich wurde eine Härtecharakteristik eingezeichnet, wie sie nach einer 24stündigen Glühung in einer Stickstoffatmosphäre erzielt wird (obiges Zitat U. Zwicker, S. 455). Mit dem erfindungsgemäßen Verfahren gelingt es somit, in kurzer Zeit relativ dicke harte Schutzchichten auf Titan und Titanlegierungen herzustellen.
Dr. U. König, 4300 Essen

Claims (4)

  1. Ansprüche
    ι IJ. Verfahren zum Plattieren von Gegenständen aus Titan und Titanlegierungen mit einer harten Oberflächenschicht, dadurch gekennzeichnet,
    daß auf die zu beschichtende Fläche des Gegenstandes eine IO bis 60 ym dicke Metallfolie gelegt wird und der Gegenstand in Kontakt mit der Folie auf eine Temperatur zwischen 700 0C und 1100 0C im Vakuum oder in inerter Atmosphäre gebracht wird, wobei die Zu^- sammensetzung der Metallfolie durch Me Tj_x mit den Stoffmengenanteilen 0,7*x<0,9 gegeben ist und Me eines oder mehrere Elemente aus der Reihe Cr, Fe, Co, Ni, Cu, Mo, W und T eines oder mehrere Elemente aus der Reihe B, C, Si und P bezeichnet.
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1,
    dadurch gekennzeichnet,
    daß die Metallfolie im amorphen Zustand vorliegt.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1,
    ,j dadurch gekennzeichnet,
    daß die Legierung MevT-, v in Pulverform oder als in
    j Ä X ~ λ
    $ einem sich bei der Beschichtungstemperatur verflüch-
    tigenden organischen oder anorganischen Bindemittel
    I; eingelagertes Pulver auf den zu plattierenden Gegen-
    5| stand aufgebracht wird.
    ί
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 bis 3,
    !· ' dadurch gekennzeichnet,
    daß die erzeugte harte Schicht in einem an die Ober-
    ' fläche grenzenden Schichtbereich von mehr als 30 pm
    ■'· wenigstens 2fach höhere Vickers-Härtezahlen als der
    zu plattierende Gegenstand aufweist.
    Dr. U. König, 4300 Essen 1
DE19823219071 1982-05-21 1982-05-21 Verfahren zum plattieren von titan mit einer harten schicht Withdrawn DE3219071A1 (de)

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