DE3427543A1 - Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken aus titan - Google Patents

Verfahren zur oberflaechenbehandlung von werkstuecken aus titan

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    • C25D11/00—Electrolytic coating by surface reaction, i.e. forming conversion layers
    • C25D11/02—Anodisation
    • C25D11/26—Anodisation of refractory metals or alloys based thereon
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
    • C23G—CLEANING OR DE-GREASING OF METALLIC MATERIAL BY CHEMICAL METHODS OTHER THAN ELECTROLYSIS
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Description

83-50 T Bremen, den24.07.1984
VERFAHREN ZUR OBERFLÄCHENBEHANDLUNG
VON WERKSTÜCKEN AUS TITAN
Die Erfindung bezieht sich auf ein Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken aus Titan oder Titanlegierungen durch Eintauchen der Werkstücke in ein alkalisches Bad,
Titanwerkstoffe haben auf vielen Gebieten der Technik, wie zum Beispiel im Flugzeugbau, eine große Bedeutung gewonnen, da diese Werkstoffe wegen ihres geringen spezifischen Gewichts und ihrer hohen Festigkeit auch bei hohen Temperaturen anderen Werkstoffen überlegen sind. Trotz dieser Vorteile ist der Einsatz von Titanwerkstoffen aber nicht problemlos, da den zuvor geschilderten Vorteilen auch Nachteile, wie geringe Verschleißbeständigkeit und eine starke Neigung zur Spannungsrißkorrision gegenüber stehen. Es ist daher notwendig, die Titanwerkstoffe einer Vorbehandlung zu unterziehen, damit diese Werkstoffe bearbeitet und ohne nachteilige Auswirkungen in der gewünschten Weise eingesetzt werden können.
Zur Vorbehandlung von Titanwerkstoffen ist es bekannt, Säurebäder oder alkalische Bäder zu benutzen. Damit lassen sich zum Beispiel Werkstoffe von Bauteilen abtragen
- 5 35
Z)
(chemisch fräsen) oder Titanbauteile für nachfolgende Bearbeitungen, wie Auftragen von Beschichtungen, Diffusionsschweißen oder Klebeverbindungen vorbehandeln. Bei den Säurebädern handelt es sich im wesentlichen um Flußsäurebäder, deren Einsatz wegen der Gefährlichkeit dieses Arbeitsstoffes heute mehr und mehr aufgegeben wird. Außerdem sind bei der Beseitigung verbrauchter Flußsäurebäder strenge Vorschriften zu beachten, welche die Wirtschaftlichkeit der Vorbehandlung beeinträchtigen.
Bei alkalischen Verfahren sind bisher zwei Bäder bekannt geworden, und zwar das unter dem Firmennamen "Turco 5578" bekannte Bad sowie ein aus einer Mischung von Natriumhydroxid und Wasserstoffperoxid bestehendes Bad. Das erste Bad eignet sich jedoch nur für kurze Behandlungszeiten, zum Beispiel zur Vorbehandlung von Klebemaßnahmen, weil bei einer längeren Behandlungsdauer eine ungewünschte Belagsbildung auf dem Titanwerkstoff entsteht. Das zweite alkalische Bad gestattet zwar längere Behandlungszeiten, aber wegen der instabilen Badinhaltsstoffe erfordert dieses Verfahren einen hohen Kontroll- und Wartungsaufwand.
Der Erfindung liegt daher die Aufgabe zugrunde, ein Verfahren zur Vorbehandlung von Werkstücken aus Titan oder Titanlegierungen zu schaffen, das einen einfachen und problemfreien Betrieb ohne größeren Kontrollaufwand gestattet. Gemäß der Erfindung ist diese Aufgabe durch ein alkalisches Bad mit folgenden Badinhaltsstoffen gelöst:
a) Alkalihydroxid mit einer Konzentration von
0,5 bis 10 m, vorzugsweise 7,5 m,
b) Titankomplexbildner mit einer Konzentration von
0,1 m bis 1 m, vorzugsweise 0,33 m,
c) Fremdionenkomplexbildner mit einer Konzentration
von 0,01 bis 1 m, vorzugsweise 0,067 m.
5
Das erfindungsgemäße alkalische Verfahren gewährleistet durch die Badinhaltsstoffe hohe Abträge ohne Belagbildung, und außerdem eignet sich die Oberfläche der behandelten Bauteile sehr gut zum Verkleben solcher Bauteile, zum Aufbringen von Beschichtungen, wie Oberflächenschutz sowie zum Diffusionsschweißen. Dabei kann den Badinhaltsstoffen eine Gerüstsubstanz wie Phosphat, Silikat oder Borat, vorzugsweise Natriumsilikat mit einer Konzentration von 0,02 m beigemischt werden. Dieser optional zumischbare Badinhaltsstoff verhindert größere Streuungen des Beizabtrages bei schwierigen Beizverhältnissen, zum Beispiel bei extrem dünnen oder kleinen Werkstücken.
Für das Alkalihydroxid kann Natronlauge (NaOH) benutzt werden, während für den Titankomplexbildner Hydroxidcarbonsäure bzw. deren Salze, zum Beispiel Natriumtartrat, benutzt werden kann.
Für den Fremdionenkomplexbildner können Komplexone, vorzugsweise Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA) benutzt werden. Mit der Maßangabe m sind hierbei mol pro Liter des jeweiligen Bades gemeint. Es ist zweckmäßig, das alkalische Bad aufzuheizen, und zwar zwischen 300C und 11O0C. Besonders günstige Betriebsbedingungen existieren bei 700C bis 800C. Als Eintauchzeit hat sich dabei eine Zeitdauer zwischen 5 bis 90 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten ergeben.
- 7 35
Das erfindungsgemäße Verfahren ist, wie mehrfach erwähnt, ein alkalisches Verfahren, das heißt, es ist flußsäurefrei. Wichtig ist darüber hinaus, daß auf den behandelten Titanbauteilen kein Belag entsteht und daß die erzeugten
5 Oberflächen sich sehr gut für Verklebungen, Beschichtungen oder zum Diffusionsschweißen eignen.
Das erfindungsgemäße Bad kann auch zum Anodisieren von Titanwerkstoffen benutzt werden, wodurch eine weitere Verbesserung bei der Oberflächenbehandlung von Titanbauteilen erzielbar wird. Bei einer solchen Betriebsweise müssen nur die Badinhaltsstoffe der Merkmale a) und b) aus dem Anspruch 1 im Bad vorhanden sein, während der Fremdionenkomplexbildner nach Merkmal c) optional zugemischt werden kann. Dies gilt auch für die Gerüstsubstanz nach Anspruch 2, welche ebenfalls optional zumischbar ist. Der Betrieb eines anodisierten alkalischen Bades kann dabei nach dem in den Ansprüchen 9 bis 12 spezifierten Verfahren ablaufen.
Zus ammenfas sung - 8 -

Claims (12)

  1. 84-47 T Bremen, den 24.07.1984
    Sm/ Bw
    MESSERSCHMITT-BÖLKOW-BLOHM GMBH
    PATENTANSPRÜCHE
    20
    1 · Verfahren zur Oberflächenbehandlung von Werkstücken auf Titan oder Titanlegierungen durch Eintauchen der Werkstücke in ein alkalisches Bad, ttfeeaBfeggsBsg^feBagfl^rafcgga^gai^)·-; dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Bad aus folgenden Badinhaltsstoffen besteht:
    a) Alkalihydroxid mit einer Konzentration von
    0,5 bis 10m, vorzugsweise 7,5 m,
    - 2 35
    b) Titankomplexbildner mit einer Konzentration
    von 0,1 bis 1 m, vorzugsweise 0,33 m,
    c) Fremdionenkomplexbildner mit einer Konzentration
    von 0,01 bis 1 m, vorzugsweise 0,1 m.
    5
  2. 2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch
    gekennzeichnet, daß den Badinhaltsstoffen eine Gerüstsubstanz wie Phosphat, Silikat oder Borat, vorzugsweise Natriumsilikat (Na-SiO,,. mit einer Konzentration von 0,02 m beigemischt wird.
  3. 3. Verfahren nach Anspruch 1 oder
    2, dadurch gekennzeichnet, daß für das Alkalihydroxid Natronlauge (NaOH) benutzt wird.
  4. 4. Verfahren nach Anspruch 1 oder
    2, dadurch gekennzeichnet, daß für den Titankomplexbildner Hydroxidcarbonsäure bzw. deren Salze, vorzugsweise Natriumtartrat, benutzt wird.
  5. 5. Verfahren nach Anspruch 1 oder
    2, dadurch gekennzeichnet, daß als Fremdionenkomplexbildner Komplexone, vorzugsweise Ethylendiamintetraessigsäure (EDTA), benutzt wird.
  6. 6. Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Bad aufgeheizt wird.
    - 3 -
  7. 7. Verfahren nach Anspruch 6, dadurch
    gekennzeichnet, daß das alkalische Bad auf eine Temperatur zwischen 30° bis 110° C, vorzugsweise auf 75°, aufgeheizt wird.
  8. 8. Verfahren nach einem der Ansprüche
    1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer
    zwischen 5 und 90 Minuten, vorzugsweise 30 Minuten beträgt.
  9. 9. Verfahren nach einem der Ansprüche
    1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das alkalische Bad zum Anodisieren der Werkstücke an einer Spannung von 3 V bis 50 V, vorzugsweise 10 V liegt.
  10. 1 0. Verfahren nach Anspruch 9, dadurch
    gekennzeichnet, daß das Bad gleichzeitig zwischen Raumtemperatur und 60°C, vorzugsweise auf 30°C, aufgeheizt wird.
  11. 11. Verfahren nach Anspruch 9 oder 10,
    dadurch gekennzeichnet, daß die Behandlungsdauer zwischen 2 und 90 Minuten, vorzugsweise 15 Minuten, beträgt.
  12. 12. Verfahren nach einem der Ansprüche
    9 bis 11, dadurch gekennzeichnet, daß die Spannungsregelung des Anodisierungsprozesses durch einen die Strommenge kontrollierenden Prozeß vorzugsweise mit 1 A/dm2 ersetzt ist.
    Beschreibung - 4 -
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