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Oberflächenhärtungsbehandlung einer Titanlegierung (1).
2024-10-11
Die Oberflächenhärtung von Titan soll die Abriebfestigkeit verbessern und das Risiko einer Koadhäsion zwischen Komponenten bei Abrieb beseitigen. Durch die Verbesserung der Härte können auch die Korrosionsbeständigkeit und die Dauerfestigkeit verbessert werden. Hier wird zunächst die Verbesserung der Oberflächenhärte erörtert und dann die Technik selbst und ihr Einfluss auf die Verbesserung der Oberflächenhärte. Jetzt wurde eine Art oxidationsbasierte Doppelbehandlung gefunden, die eine optimale Härte auf Ti-6Al-4V erzeugen kann. Diese Art der Boost-/Diffusionsoxidationsbehandlung (BDO) kann eine dicke Unterschicht erzeugen, um die verschleißfeste thermische Oxidationsschicht (TO) auf der dünnen Oberfläche zu verbessern. Diese Technik ähnelt der Vakuumaufkohlungsbehandlung von Stahl und wurde von dem Unternehmen entwickelt. Das erforderliche Element, in diesem Fall Sauerstoff, wird zu einer hochkonzentrierten Oberflächenschicht mit großer potenzieller Energie geformt und dann im Vakuum auf das Substrat diffundiert. Die Behandlung, die diesen Anforderungen entspricht, erzeugt genau eine C-förmige gehärtete Schicht, die durch eine herkömmliche Diffusionsbehandlung nicht erzeugt werden könnte. Bei der thermischen Oxidationsbehandlung bildet sich eine dünne Schicht aus Rutil-Titandioxid (TiO2) (im Vergleich zu Oktaedrit) und ein schmaler Bereich für Sauerstoffdiffusion. Die Oberflächenschicht weist eine gute Abriebfestigkeit auf, muss jedoch durch eine dickere BDO-Unterschicht gestützt werden, um größeren Belastungen standzuhalten.
Bei hohen Temperaturen reagiert Titan mit Sauerstoff und Stickstoff und härtet aus. Bei einer Stickstoffbehandlung bei hohen Temperaturen (800–900 °C) beträgt die Vickershärte der Oberfläche mehr als 700. Durch Zugabe von Stickstoff oder Sauerstoff zum Argon durch Auftragsschweißen kann die Oberflächenhärte um das Zwei- bis Dreifache verbessert werden. Durch die Erzeugung einer etwa 5 Mikrometer dicken Schicht aus Titannitrid durch Ionengalvanisierung kann die Vickershärte der Oberfläche bis zu 16.000–20.000 betragen. Verchromung usw. Diese Art der Behandlung sollte im Ofen mit Druckschutzatmosphäre gut kontrolliert werden. Die Gaszusammensetzung kann nach Abschluss der Behandlung bequem geändert werden, um eine gleichmäßige und porenfreie Rutilschicht zu erzeugen. Das Ergebnis ist ähnlich wie bei der TO-Behandlung. Auf diese Weise wird die Doppelbehandlung in einem Schritt abgeschlossen und die drei Schritte der BDO/TO-Behandlung werden nicht benötigt, wodurch Energie erheblich gespart wird. Diese Technik verwendet nur Inertgase – Argon und Sauerstoff – und ist daher umweltfreundlich, enthält keine giftigen Gase und verursacht keinen Einfluss auf die globale Erwärmung. Obwohl diese Technik gut ist, sind die Kosten für die Vakuumbehandlung hoch und die zweistufige Oxidations-/Diffusionsbehandlung hat offensichtliche Kontrollprobleme. Selbst wenn die Diffusionszeit im Vakuum festgelegt ist, können geringfügige Änderungen des Oxidgehalts, der sich im ersten Schritt bildet, ebenfalls einen erheblichen Unterschied in der endgültigen Härteverteilung bewirken. Diese Technik hängt vollständig von erfahrener Kontrolle ab. Andererseits kann während des Gasdiffusionsprozesses eine Zirkonoxidelektrode verwendet werden, um das Sauerstoffpotenzial direkt zu steuern und so relativ einfach die erforderliche stabile Form der Verteilungskurve zu bilden. Daher wurde eine alternative Methode gefunden. Sie ähnelt eher der Gasaufkohlungsbehandlung. Der Behandlungsprozess wird gesteuert, indem das hinzugefügte Element Sauerstoff in kontrollierte potentielle Energie in Form von Gas umgewandelt wird.
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