Titan hat als Allzweckmetall beispiellos breite Anwendungsmöglichkeiten für seine legierten Stäbe und Drähte. Allerdings können die Mängel der ursprünglichen Titanwerkstoffe, wie etwa geringe Oberflächenhärte und unzureichende Verschleißfestigkeit, unter Bedingungen hoher Reibung zu Bauteilversagen führen, was die Lebensdauer deutlich verkürzt und die weitere Ausweitung seiner Anwendungsszenarien einschränkt. Um die Verschleißfestigkeit von Titanstäben und -drähten zu verbessern, hat die Industrie mehrere ausgereifte Oberflächenbehandlungstechnologien entwickelt.
Traditionelle Handwerkskunst: Ausgereifte und stabile -Verschleißschutzlösung
Nassbeschichtungsverfahren
Das Nassbeschichtungsverfahren ist derzeit das am weitesten verbreitete verschleißfeste Oberflächenbehandlungsverfahren für Titanmaterialien, wobei Chrom- (Cr) und Nickel--Phosphor-(Ni-P)-Beschichtungen typische Beispiele sind. Aufgrund der hohen Aktivität des Oxidfilms auf der Titanoberfläche weist die direkte Chrombeschichtung eine schlechte Haftung auf und neigt zum Abblättern. Daher ist der Industriestandardprozess ein zweistufiges Verfahren: Zuerst wird eine Schicht aus Nickel (Ni) als Übergangsschicht auf der Oberfläche des Titanstabs oder -drahts abgeschieden, um die Haftung der Beschichtung zu verbessern, und dann wird Chrom (Cr) als verschleißfeste Oberflächenschicht auf der Oberfläche der Nickelschicht abgeschieden.
Dieser Prozess nutzt Elektrolyse zur Abscheidung mit hoher Filmbildungsgeschwindigkeit und kontrollierbarer Beschichtungsdicke. Die Dicke einer gewöhnlichen verschleißfesten Beschichtung kann mehrere Mikrometer erreichen. Auch die dekorative Lackschichtdicke von nur 1 µm kann diesen Effekt erzielen. Die Beschichtung hat eine hohe Härte und einen niedrigen Reibungskoeffizienten, was sie zu einer äußerst kostengünstigen -effektiven, verschleißfesten-Oberflächenbehandlungsmethode macht.
Thermodiffusionsmethode
Ursprünglich weit verbreitet in Wärmediffusionsprozessen wie Aufkohlen, Nitrieren und Borieren zum Härten von Stahlwerkstoffen eingesetzt, kann es nach Anpassung und Optimierung auch für die verschleißfeste Oberflächenbehandlung von Titanwerkstoffen eingesetzt werden. Sein Kernprinzip besteht darin, dass Elemente wie Kohlenstoff, Stickstoff und Bor bei hohen Temperaturen in das Oberflächengitter von Titanstäben und -drähten diffundieren und eine Titanverbindungsschicht mit hoher -Härte bilden, wodurch eine Oberflächenhärtung erreicht wird.
Die Härte der Oberflächenschicht des behandelten Titanmaterials kann um ein Vielfaches erhöht werden und die gehärtete Schicht wird metallurgisch mit dem Grundmaterial verbunden, ohne dass die Gefahr einer Schichtablösung besteht. Die Verschleißfestigkeit ist langlebig und stabil und eignet sich für den Einsatz in Strukturbauteilen, die langfristig - Reibung und Verschleiß ausgesetzt sind.
Schweißmethode
Das Schweißverfahren nutzt den Plasma-Transferlichtbogen als Wärmequelle, um das verschleißfeste Legierungsmaterial mit hoher -Härte zu schmelzen und es dann auf die Oberfläche der zu verstärkenden Titanstäbe oder -drähte zu schweißen, wodurch eine metallurgisch gebundene, verschleißfeste, modifizierte Schicht entsteht. Die behandelte Oberfläche des Titanmaterials weist eine ausgezeichnete Verschleißfestigkeit auf, und während des Behandlungsprozesses wird nur der lokale Schweißbereich erhitzt, ohne dass das gesamte Werkstück einer Hochtemperaturumgebung ausgesetzt werden muss, wodurch die Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften, die durch die Gesamterwärmung des Titansubstrats verursacht wird, wirksam vermieden werden kann.
Allerdings ist die Oberflächenrauheit nach diesem Prozess relativ hoch und erfordert eine Nachbearbeitung und Polierung. Es eignet sich nur für die Verarbeitung von Titanstäben mit größeren Durchmessern und höheren Dicken und ist vorerst nicht für Titandrähte mit feinem -Durchmesser geeignet.
Fortschrittliche Technologie: Eine neue Option zur Verbesserung von High-End-Anwendungen
In den letzten Jahren wurden Technologien zur Oberflächenverstärkung durch Gasphasenabscheidung wie die chemische Gasphasenabscheidung (CVD), die physikalische Gasphasenabscheidung (PVD) und die plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PCVD) nach und nach in High-End-Bereichen eingesetzt.
Durch diese Prozesse können superharte Beschichtungen wie Titannitrid und diamantähnlicher Kohlenstoff-auf den Oberflächen von Titanstäben und -drähten abgeschieden werden. Die Dicke ist gleichmäßig und kontrollierbar und die Beschichtung weist eine starke Haftung auf. Sie können nicht nur die Verschleißfestigkeit deutlich verbessern, sondern auch die Beschichtungszusammensetzung unter Berücksichtigung von Verbundeigenschaften wie Korrosionsbeständigkeit und Reibungsreduzierung an die Anforderungen anpassen und die Verarbeitungstemperatur niedrig halten, ohne die mechanischen Eigenschaften des Titansubstrats zu beeinträchtigen. Sie eignen sich besonders für hochpräzise, kleine-Titandrähte und Präzisionstitanstäbe und können die strengen Anforderungen von High-End-Bereichen wie Luft- und Raumfahrt und Medizin erfüllen.
Mit der kontinuierlichen Ausweitung der Anwendungsszenarien von Titanwerkstoffen wurde auch die Technologie zur oberflächenverschleißfesten Behandlung kontinuierlich weiterentwickelt und verbessert. Dadurch wird nicht nur das Leistungspotenzial von Titanstäben und -drähten weiter erforscht, sondern auch technische Unterstützung für die Anwendung von Titanlegierungen unter anspruchsvolleren Arbeitsbedingungen bereitgestellt, was zu einer wichtigen unterstützenden Technologierichtung für die Entwicklung der Titanindustrie wird.