Obwohl Titanlegierungen eine hohe Festigkeit und ausgezeichnete Korrosionsbeständigkeit aufweisen, ist ihre geringe Verschleißfestigkeit der Hauptnachteil für ihre Anwendung im Maschinenbau. Derzeit sind die ausgereiften Oberflächenbehandlungstechnologien im industriellen Bereich hauptsächlich die folgenden Typen, jede mit ihren eigenen Vor- und Nachteilen.
Nassbeschichtungsverfahren
Die Beschichtung besteht hauptsächlich aus Cr- und Ni{0}}P-Legierungen. AnTitanstäbeBei Drähten und Drähten weist die direkte Verchromung aufgrund des dichten Passivierungsfilms auf der Titanoberfläche eine schlechte Haftung auf. In der Industrie ist es üblich, zuerst chemisch Ni abzuscheiden oder vorab eine Ni-Schicht auf dem Titansubstrat abzuscheiden und dann Chrom zu galvanisieren. Das elektrolytische Verfahren bildet den Film schnell mit einer Schichtdicke von mehreren Mikrometern und die dekorative Beschichtung beträgt nur etwa 1 μm, was allgemeine Anforderungen an Verschleißfestigkeit und Dekoration erfüllen kann. Es handelt sich derzeit um eine der kostengünstigsten -Methoden zur Oberflächenbehandlung. Allerdings gibt es hier Mängel. Die Beschichtung wird mechanisch mit dem Untergrund verbunden. Bei Stößen und starker Belastung neigt es zum Abblättern. Darüber hinaus erfordert der Galvanisierungsprozess die Behandlung von chromhaltigem Abwasser, was eine erhebliche Umweltbelastung mit sich bringt.
Thermodiffusionsmethode
Basierend auf den ausgereiften Aufkohlungs-, Nitrierungs- und Borisierungsprozessen von Stahlmaterialien diffundieren die Zwischengitteratome bei hohen Temperaturen in das Innere der Titanmatrix, um eine gehärtete Schicht zu bilden. Mit diesem Verfahren können Diffusionsschichten mit einer Dicke von mehreren zehn bis mehreren hundert Mikrometern mit einem sanften Härtegradienten und einer starken Bindung zum Grundmaterial erzielt werden, was es für Anwendungen mit Kontaktbeanspruchung geeignet macht. Die Verarbeitungstemperatur liegt jedoch normalerweise über 800 Grad und die Struktur der Titanlegierung neigt zur Vergröberung. Zur Regulierung ist eine anschließende Wärmebehandlung erforderlich und das Prozessfenster ist eng. Darüber hinaus absorbiert Titan bei hohen Temperaturen Sauerstoff und Wasserstoff, und eine strenge Kontrolle der Schutzatmosphäre ist erforderlich, um diese Probleme anzugehen.
Schweißmethode
Die Hartlegierungs- oder intermetallische Verbindungsschicht wird mittels Plasma-Transfer-Lichtbogen (PTA) auf die Titanoberfläche aufgeschweißt. Die Verdünnungsrate ist kontrollierbar, die Haftfestigkeit ist hoch und die Verschleißfestigkeit ist ausgezeichnet. Der Hauptvorteil besteht darin, dass eine lokale Behandlung möglich ist, ohne dass das gesamte Grundmaterial erhitzt wird, wodurch eine Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften bei großen Werkstücken vermieden wird. Der Nachteil besteht darin, dass die Oberfläche der Schweißschicht rau ist und eine Nachbearbeitung erforderlich ist, um Maßgenauigkeit zu erreichen. Es ist außerdem durch die Erreichbarkeit der PTA-Schweißpistole eingeschränkt und wird hauptsächlich für große flache Platten, Wellen und andere normale Werkstücke verwendet. Es ist schwierig, komplex geformte Teile zu handhaben.
Aufdampfverfahren (CVD/PVD/PCVD)
Physikalische Gasphasenabscheidung (PVD), chemische Gasphasenabscheidung (CVD) und plasmaunterstützte chemische Gasphasenabscheidung (PCVD) sind eine Gruppe von Technologien, die sich in den letzten Jahren rasant weiterentwickelt haben. Sie können zur Herstellung harter Beschichtungen wie TiN, TiAlN und DLC auf der Titanoberfläche mit einer Dicke von typischerweise 2 bis 10 μm verwendet werden. Die Härte kann 2000 bis 4000 HV erreichen und der Reibungskoeffizient wird deutlich reduziert. Sie werden häufig angewendet aufTitan-Targetmaterialien. Im Vergleich zur Nassbeschichtung ist die Haftung von Gasphasenabscheidungsbeschichtungen besser (insbesondere mit Hilfe einer Vorspannung) und die Prozesstemperatur sinkt allmählich. - PVD kann auf unter 400 Grad kontrolliert werden, hat nur geringe Auswirkungen auf die Mikrostruktur des Titanlegierungssubstrats und ist für die Endbearbeitung von Präzisionsteilen geeignet.
When comparing the three types of coatings, CVD coatings are dense and have good over-coating performance, but they require high temperatures (>800 Grad) und neigen dazu, schädliche Nebenprodukte zu erzeugen; PVD-Beschichtungen weisen eine geringe Belastung und eine moderate Temperatur auf, ihre Überschichtungsleistung ist jedoch schlecht und es ist schwierig, die komplexen inneren Lochoberflächen gleichmäßig zu bedecken; PCVD kombiniert Plasmaaktivierung und chemische Gasphasenabscheidung und kann Beschichtungen mit besserer Haftfestigkeit als PVD bei 500-600 Grad abscheiden und weist eine bessere Überbeschichtungsleistung als PVD auf. Dies ist derzeit die führende Richtung für die Oberflächenverstärkung von Titanlegierungen, und die Ausrüstungsinvestitionen und die Schwierigkeit der Prozesskontrolle sind auch die höchsten unter den dreien.
Technische Auswahlvorschläge:
Bei Teilen mit Kostenpriorität und geringer Maßhaltigkeit kann der Nassverchromung oder der chemischen Ni-P-Beschichtung Vorrang eingeräumt werden.
Bei hoher Belastung und hoher Kontaktspannung wird die Thermodiffusionsmethode oder die Aufpanzerungsmethode empfohlen, um eine dicke Diffusionsschicht zu erhalten.
Für Präzisionsteile mit engen Maßtoleranzen und niedriger Betriebstemperatur ist die PVD/TiN-Beschichtung eine ausgereifte Lösung.
Für High-End-Anwendungen, die Haftung, Adhäsionseigenschaften und Mikrostrukturkontrolle berücksichtigen (z. B. Komponenten für Flugzeugtriebwerke), bietet die PCVD-Technologie das größte Potenzial.
Baoji Yibaite Neue Materialtechnologie Co., Ltd.
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