DE3321231A1 - Verfahren zur herstellung von verschleissschutzschichten auf oberflaechen von bauteilen aus titan oder titanbasislegierungen - Google Patents
Verfahren zur herstellung von verschleissschutzschichten auf oberflaechen von bauteilen aus titan oder titanbasislegierungenInfo
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Description
ba/fr
MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBH
MÜNCHEN GMBH
München, 10. Juni 1983
Verfahren zur Herstellung von Verschleißschutzschichten auf Oberflächen von Bauteilen
aus Titan oder Titanbasislegierungen
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Herstellung von VerschleißSchutzschichten auf Oberflächen
von Bauteilen aus Titan oder Titanbasislegierungen.
Aufgrund der relativ geringen Verschleißbeständigkeit von Titanwerkstoffen ist es seit geraumer Zeit bekannt,
diese mit Oberflächenschutzschichten zu versehen. Es
sind chemische und elektrochemische Verfahren zur Beschichtung von Titanwerkstoffen bekannt geworden. So
ist es z. B. aus der Druckschrift MTU-Berichte 83/37 der MTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION MÜNCHEN GMBH durch
einen Aufsatz von M. Thoma mit dem Titel "Oberflächentechnik von Titan" bekannt, Beschichtungswerkstoffe
aus galvanischen Bädern auf der Oberfläche von Titanwerkstoffen abzuscheiden. Es hat Sich gezeigt, daß
mit diesen Verfahren im allgemeinen haftfeste Schutzschichten erzielt werden können, daß aber bei erhöhter
mechanischer oder thermischer Beanspruchung der so beschichteten Bauteile noch größere Haftfestigkeit der
Verschleißschutzschichten wünschenswert wäre.
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_ 4 —
Aus der Zeitschrift "12th Annual Airlines Plating Forum" 1976, Seite 5, wird in einem Beitrag von dem Autor Jennings
ein Verfahren beschrieben, bei dem eine Nickelbeschichtung auf einem Titanbauteil aufgebracht wird und die Haftfestigkeit
dieser Nickelbeschichtung durch eine Diffusionswärmebehandlung bei 480 0C erhöht wird. Abgesehen davon, daß
Nickel als Verschlesißschutzschicht weniger geeignet ist,
zeigt sich, daß die Haftfestigkeit unter manchen Betriebsbedingungen noch nicht ausreichend ist und die Nickelschicht
sich ganz oder teilweise löst.
Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist es) ein Verfahren anzugeben, mit dem eine Verschleißschutzschicht erzeugbar
ist, die besonders hohe Widerstandsfähigkeit gegen Reibung und Erosion aufweist und die auch unter extremen
Betriebsbedingungen ihre innige Verbindung mit dem Titan.- " werkstoff beibehält.
Erfindungsgemäß wird diese Aufgabe dadurch gelöst, daß auf der Bauteiloberfläche haftfest eine metallische Nickelschicht
aufgebracht wird, danach das Bauteil in Luft oder im Vakuum einer solchen Wärmebehandlung unterzogen wird,
daß sich zwischen dem Titangrundwerkstoff einerseits und der Nickelschicht andererseits Diffusionsschichten
aus Ti-Ni und TiNi3 ausbilden und danach die noch vorhandene
Nickelschicht entfernt wird. Der wesentliche Gedanke der Erfindung besteht also darin, daß die Nickelbeschichtung nur dazu benutzt wird, Diffusionsschichten
mit dem Titangrundwerkstoff zu bilden und danach selbst wieder abgearbeitet wird, so daß das Problem der Haftfestigkeit
der Nickelschicht keine Rolle mehr spielt. Hierin liegt ein erheblicher Vorteil des Verfahrens gegenüber
herkömmlichen Beschichtungsverfahren, da die Verschleißschutzschichten,
nämlich die intermetallischen Phasen Ti^Ni und TiNi-, homogen mit dem Titangrundwerk-
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stoff verbunden sind. Die TiNi-.-Schicht, die nach Abtragen
der Nickelrestschicht die Deckschicht bildet, weist dabei extrem hohe Verschleißfestigkeit auf, da sie Härtegrade
im Bereich von 1000 HV erreicht. Wegen der damit verbundenen Sprödigkeit eignet sich ein Bauteil mit einer
TiNi_-Deckschicht besonders bei statischer Betriebsweise.
Sollen Bauteile mit Verschleißschutzschichten versehen
werden, die rotierend und/oder schwingend belastet sind, so soll gemäß weiterer Ausbildung der Erfindung zusätzlich
zur Nickelrestschicht auch die TiNi3-Schicht abgetragen
werden, so daß als Deckschicht die Ti-Ni-Schicht verbleibt. Auch die Härte dieser Schicht ist noch beachtlich und beträgt
etwa 600 HV; sie ist jedoch in höherem Maß duktil als die TiN^-Schicht.
. Weitere verfahrenstechnische Vorteile der Erfindung sind darin zu sehen, daß die Diffusionsgeschwindigkeit des
Nickels in Titan außergewöhnlich hoch ist und demzufolge die Wärmebehandlung bei geringen Schichtdicken nur kurze
Zeit in Anspruch nimmt. Ein weiterer Vorteil des erfindungsgemäßen Verfahrens besteht schließlich darin, daß sich die
Diffusionsschichten sehr einheitlich über die gesamte Oberfläche des Titanbauteils ausbilden und zwar sowohl bezüglieh
der Dickenverteilung als auch bezüglich der Zusammensetzung. Insoweit ist das erfindungsgemäße Verfahren für
Serienproduktion geeignet, da in hohem Maß Reproduzierbarkeit gegeben ist.
Vorteilhafte Ausgestaltungen der erfindungsgemäßen Verfahren
nach den Patentansprüchen 1 und 2 und besonders günstige Verfahrensparameter sind in den Patentansprüchen
3 bis 9 aufgezeigt.
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So ist es vorteilhaft, zur Erzielung der gewünschten Haftfestigkeit der metallischen Nickelschicht auf den
Titangrundwerkstoff nach den Patentansprüchen 3 und 4 zu verfahren bzw. das in der DE-OS 31 33 189 beschriebene
Aktivierungsverfahren anzuwenden. Je nach gewünschter Dicke der sich ausbildenden Verschleißschutzschichten
auf der Oberfläche des Titanbauteils ist das metallische Nickel in einer Schichtdicke von 5 bis 50 μια aufzutragen.
Die Nickelschicht kann elektrolytisch oder chemisch auf dem Titanbauteil abgeschieden werden. Die elektrolytische
Abscheidung erfolgt dabei vorzugsweise aus einem galvanischen Bad mit Nickelsulfamat.
Eine chemische Abscheidung der Nickelschicht erfolgt vorzugsweise durch Reaktion der Titanoberfläche mit
einem Bad aus Nickelsalz, einem Komplexbildner und einem chemisch reduktiven Mittel, wie Hypophosphit.
Die Wärmebehandlung zur Herbeiführung der Diffusionsschichten erfolgt vorzugsweise bei Temperaturen von
. 400 bis 950 0C und einer Dauer von 30 Minuten bis 300 Stunden-,
wobei hohe Temperaturen bei geringer Dauer und umgekehrt angewendet werden. Temperatur und Zeit bestimmen
die Schichtdicke der sich ausbildenden Diffusionszonen. Die Schichtenfolge von außen nach innen ist dabei:
Nickel, TiNi3, Ti3Ni, Titan bzw. Titanwerkstoff.
Bei einer Wärmebehandlung von 600 0C und 8 Stunden Dauer
bilden sich z. B. beide Diffusionszonen TiNi, und Ti~Ni
in einer Schichtdicke von je ca. 4 um aus. Die Härte der
so erzeugten Diffusionsschichten unterscheidet sich sehr wesentlich von den Ausgangswerkstoffen Nickel einerseits
und Titan andererseits, was sich aus folgender Härtetabelle ergibt:
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| Nickel | 140 | HV |
| TiNi3 | 1000 | HV |
| Ti2Ni | 600 | HV |
| TiAl6 V4 | 240 | HV. |
Vorteilhaft ist es, wenn das Entfernen der Nickeldeckschicht
oder der Nickeldeckschicht und der TiNi^-Schicht chemisch durch Einwirkung von HNO-, oder durch eine Nitroaromatlösung
(cyanidisch) bei Temperaturen zwischen 10 und 60 0C erfolgt. Dabei liegen die Abziehzeiten je nach der
Restschichtdicke des Nickels der Konzentration des Abziehbades und der Badtemperatur zwischen 15 Minuten und
2 Stunden.
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Claims (9)
- ba/frMTU MOTOREN- UND TURBINEN-UNION
MÜNCHEN GMBHMünchen, 10. Juni 1983PatentansprücheI "1 *) Verfahren zur Herstellung von Verschleißschutzschichten auf Oberflächen von Bauteilen aus Titan oder Titanbasislegierungen, dadurch gekennzeichnet, daß auf der Bauteiloberfläche haftfest eine metallische Nickelschicht aufgebracht wird, danach das Bauteil in Luft oder im Vakuum einer solchen Wärmebehandlung unterzogen wird, daß sich zwischen dem Titangrundwerkstoff einerseits und der Nickelschicht andererseits Diffusionsschichten aus Ti-Ni und TiNi., ausbilden und danach die noch vorhandene Nickelschicht entfernt wird. - 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß zusät
wird.zusätzlich zur Nickelschicht die TiNi^-Schicht entfernt - 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß zur Erzielung der gewünschten Haftfestigkeit zwischen der metallischen Nickelschicht und dem Grundwerkstoff vor dem Aufbringen der Nickelschicht die Oberfläche durch abtragende Verfahren, -wie Ätzen und Aktivieren behandelt wird.ESP-726
- 4. Verfahren nach Anspruch 3, dadurch gekennzeichnet, daß das Ätzen, wie an sich bekannt, in einer Salpetersäure-Flußsäure-Lösung, das Aktivieren in einem Bad aus Chromsäure, Flußsäure und Hexafluor-Kieselsäure erfolgt.
- 5. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß das metallische Nickel in einer Schichtdicke von 5 bis 50 μπι aufgetragen wird.
- 6. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht elektrolytisch, ζ. Β. aus einem galvanischen Bad mit Nickel-Sulfamat abgeschieden wird.
- 7. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß die Nickelschicht chemisch abgeschieden wird, z. B. durch Reaktion der Titanoberfläche mit einem Bad aus Ni-SaIz, einem Komplexbildner und einem chemisch reduktivem Mittel wie Hypophosphit.
- 8. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bi 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Wärmebehandlung bei Temperaturen von 400 bis 950 0C und einer Dauer von 30 Minuten bis 300 Stunden erfolgt, wobei hohe Temperaturen bei geringer Dauer und umgekehrt angewendet werden.
- 9. Verfahren nach den Ansprüchen 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das Entfernen der Nickeldeckschicht oder der Nickeldeckschicht und der TiNi3-Schicht che-misch durch Einwirkung von HNO-. oder einer cyanidischen Nitroaromatlosung bei Temperaturen zwischen 10 und 60 0C erfolgt.ESP-726
10.06.1983
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| US5006419A (en) * | 1989-02-28 | 1991-04-09 | Mtu Motoren-Und Turbinen-Union Muenchen Gmbh | Structural component made of a titanium alloy and covered by a protective coating and method for producing the coating |
| US5116430A (en) * | 1990-02-09 | 1992-05-26 | Nihon Parkerizing Co., Ltd. | Process for surface treatment titanium-containing metallic material |
Also Published As
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| EP0128383B1 (de) | 1988-11-09 |
| EP0128383A1 (de) | 1984-12-19 |
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