Titanoberflächenbehandlung

Titanwerkstoffe sind aufgrund ihrer ausgezeichneten Korrosionsbeständigkeit und ihres geringen Gewichts in zahlreichen Branchen weit verbreitet. Oberflächenbehandlungstechnologien verbessern ihre Eigenschaften zusätzlich, indem sie Verschleiß- und Oxidationsbeständigkeit sowie das Erscheinungsbild gezielt erhöhen.

Technologie zur Oberflächenreinigung

Ziel der Oberflächenreinigung ist es, die Sauberkeit von Oberflächen aus Titan und Titanlegierungen zu verbessern und unerwünschte Stoffe wie Grate, Pressgrat, Ölverunreinigungen und Reaktionsschichten zu entfernen. Zu den üblichen Verfahren gehören:

Entfernen von Graten und Pressgrat: erfolgt hauptsächlich durch mechanische Bearbeitung, beispielsweise Schleifen, oder durch chemisches Entfernen.

Entfernen von Ölverunreinigungen: Ölverunreinigungen werden durch Lösungsmittelreinigung, Ultraschallreinigung oder chemische Reinigung entfernt.

Entfernen der Oberflächenreaktionsschicht: Auf Titanoberflächen bildet sich leicht eine Reaktionsschicht, die Oberflächenqualität beeinträchtigt. Strahlen und Beizen sind gängige Behandlungsverfahren.

• Strahlen: Zum Strahlen wird weißes Korund verwendet. Der Strahldruck ist zu regeln, in der Regel unter 0,45 MPa; die Strahldauer beträgt 15–30 Sekunden, um die oberflächliche Sinter- und einen Teil der Oxidschicht zu entfernen.
• Beizen: Durch Beizen lässt sich die Oberflächenreaktionsschicht von Titan vollständig entfernen. Übliche Beizlösungen sind Säurelösungen aus HF-HCl und HF-HNO3. Die HF-HNO3-Beizlösung ist besonders vorteilhaft, weil sie weniger Wasserstoff aufnimmt und weniger Umweltbelastung verursacht.

Typische Anwendungsfälle:

Gussteile aus Titanlegierungen: Nach dem Gießen weisen Oberflächen von Titanlegierungen häufig Grate, Pressgrat und Verunreinigungsschichten auf. Durch Strahlen oder Beizen wird die Oberflächenreaktionsschicht entfernt, damit die nachfolgende Bearbeitung reibungslos erfolgen kann.

Präzisionsbearbeitung: Vor der Präzisionsbearbeitung von Titanlegierungen muss die Oberfläche frei von Verunreinigungen sein, um die Bearbeitungsgenauigkeit zu erhöhen und die Ausschussrate zu senken.

Vorbereitung zum Schweißen: Die Oberfläche des Titanwerkstoffs muss gereinigt werden, um Oxidschichten und Öl zu entfernen und so Qualität und Festigkeit der Schweißverbindung sicherzustellen.

Korrosionsbeständige Oberflächenbehandlung

Titanlegierungen besitzen von Natur aus eine hohe Korrosionsbeständigkeit. In extremen Umgebungen, beispielsweise bei hoher Konzentration von Salz- oder Schwefelsäure, kann die Titanoberfläche jedoch korrodieren. Daher wird die Oberfläche bei solchen Anforderungen teilweise zusätzlich korrosionsbeständig behandelt.

Atmosphärische Oxidationsbehandlung: Titan wird in einer Hochtemperaturatmosphäre behandelt, sodass sich ein Oxidfilm bildet und die Korrosionsbeständigkeit steigt. Dieses Verfahren ist einfach und kostengünstig, die Korrosionsbeständigkeit kann jedoch mit der Zeit abnehmen; für dauerhaft stabile Anwendungen ist es daher weniger geeignet.

Eloxieren: Durch Elektrolyse wird auf der Titanoberfläche ein dicker Oxidfilm erzeugt, der Korrosions- und Verschleißbeständigkeit verbessert. Beim Eloxieren kann die Titanoberfläche zudem unterschiedliche Farben erhalten und Titanlegierungen ein ansprechendes Aussehen verleihen. H2SO4 und H3PO4 sind häufig verwendete Elektrolyte. Weitere Informationen zum Eloxieren von Titan.

Anwendungsbereiche:

Meeresumgebung: Titan wird häufig in Meerwasseranlagen eingesetzt, beispielsweise für Bauteile von Offshore-Plattformen und Schiffen, bei denen Korrosionsbeständigkeit besonders wichtig ist. Atmosphärische Oxidation oder Eloxieren kann die Beständigkeit gegen Salzwasserkorrosion erhöhen.

Chemische Industrie: In stark chemisch korrosiven Umgebungen, beispielsweise mit sauren Lösungen, Schwefel- oder Salzsäure, verlängern korrosionsbeständige Titanoberflächen die Lebensdauer von Anlagen und senken die Wartungskosten.

Erdöl- und Erdgasförderung: Titanlegierungen sind in Anlagen zur Erdöl- und Erdgasförderung stark korrosiven Bedingungen wie Öl- und Gasbohrungen ausgesetzt. Anodische und atmosphärische Oxidation können ihre Korrosionsbeständigkeit deutlich verbessern.

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Verschleißbeständige Oberflächenbehandlung

Titan besitzt eine geringe Verschleißbeständigkeit und muss daher bei Anwendungen mit höheren Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit oberflächenverstärkt werden. Zu den üblichen Verfahren gehören:

Galvanische Beschichtung: Mittels Galvanotechnik werden Werkstoffe wie Chrom (Cr) oder Nickel-Phosphor (NiP) auf die Titanoberfläche aufgebracht, um die Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.

Thermisches Diffusionsverfahren: Durch Aufkohlen, Nitrieren und weitere Verfahren wird eine gehärtete Schicht auf der Titanoberfläche gebildet, die ihre Verschleißbeständigkeit verbessert.

Auftragsschweißen: Das Auftragsschweißen mit übertragenem Plasmalichtbogen kann die Verschleißbeständigkeit der Titanoberfläche verbessern und eignet sich für großformatige Titanwerkstücke.

Plasmaspritzen: Metallische Werkstoffe werden mit einem Hochgeschwindigkeits-Plasmastrahl auf die Titanoberfläche gespritzt, um ihre Verschleißbeständigkeit zu erhöhen.

Plasmanitrieren: Durch Plasmanitrieren, Ionenplattieren und weitere Verfahren wird auf der Oberfläche der Titanlegierung eine gehärtete Nitridschicht gebildet, die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit verbessert.

Anwendungsbereiche:

Maschinenbauteile: Bei Maschinenbauteilen mit starker Gleit- und Reibbeanspruchung verursachen Titanlegierungen wegen ihrer begrenzten Verschleißbeständigkeit häufig Oberflächenverschleiß. Verfahren wie Verchromen und Vernickeln können die Verschleißbeständigkeit deutlich verbessern und eignen sich für reibungsintensive Bauteile wie Flugzeugtriebwerkskomponenten, Zahnräder und Lager.

Hochleistungs-Sportausrüstung: Bauteile aus Titanlegierungen für Golfschlägerköpfe und Sportschuhe stellen beispielsweise hohe Anforderungen an die Verschleißbeständigkeit. Ionenimplantation und CVD-Beschichtungen können ihre Lebensdauer wirksam verlängern.

Hochbelastete Bauteile: Bei hohem Druck und starker Reibung, etwa bei Erdölbohrungen und in Automobilmotoren, kann eine verschleißbeständige Behandlung die Haltbarkeit von Titanbauteilen deutlich erhöhen und die Wartungshäufigkeit senken.

Gestaltende Oberflächenbehandlung

Die gestaltende Oberflächenbehandlung dient vor allem der Ästhetik und besonderen Kundenanforderungen. Zu den üblichen Verfahren gehören:

Oberflächenfinish: Durch Schleifen, Glühen, Kugelstrahlen und weitere Verfahren wird die Oberfläche eben, glatt oder mit einer besonderen Struktur versehen.

• Schleifen: Die Oberfläche wird glatt und glänzend. Schleifen ist häufig der erste Schritt bei der Titanpolitur zur Erzeugung dekorativer oder funktionaler Oberflächen.
• Glühen und Beizen: Die Oberfläche erhält ein graues, mattes Aussehen.
• Kugelstrahlen: Glasperlen verleihen der Oberfläche eine orangehautähnliche Struktur.
• Chemisches Ätzen: Auf die Titanoberfläche werden Muster oder Texte geätzt, um die dekorative Wirkung zu steigern.

Hochglanzpolieren: Das Hochglanzpolieren von Titan ist anspruchsvoller. Informationen zu Polierverfahren, Prozessparametern und Anforderungen an die Oberflächengüte finden Sie in unserem Leitfaden zur Titanpolitur.

• Bandschleifpolieren: Die Oberfläche wird hauptsächlich mit einem Polierband bearbeitet; das Verfahren eignet sich für einfachere Oberflächen.
• Chemisches Polieren: Durch chemische Reaktionen werden Unebenheiten auf der Titanoberfläche entfernt, um eine glatte Oberfläche zu erzielen.
• Elektrolytisches Polieren: Elektrochemische Verfahren verleihen der Titanoberfläche einen hohen Glanz und eignen sich für komplexere Formen.

Einfärben: Durch atmosphärische Oxidation, chemisches Einfärben und weitere Verfahren erhält die Titanoberfläche verschiedene Farben, wodurch ihre dekorative Wirkung steigt.

• Atmosphärisches Oxidationsverfahren: Durch Erwärmen des Titanwerkstoffs entsteht auf seiner Oberfläche ein Oxidfilm, der die Farbe verändert. Das Verfahren ist kostengünstig, die Farbwirkung jedoch nicht ausreichend stabil.
• Chemisches Einfärben: Durch chemische Reaktionen wird auf der Titanoberfläche ein farbiger Oxidfilm gebildet.

Anwendungsbereiche:

• Architektonische Dekoration: Die natürliche silbrig-weiße Farbe von Titan erfüllt nicht alle dekorativen Anforderungen. Durch Eloxieren kann Titan unterschiedliche Farbtöne wie Gold, Blau oder Violett erhalten, die häufig für Gebäudefassaden, Vorhangfassaden und die Innenausstattung eingesetzt werden.
• Schmuck und hochwertige Konsumgüter: Wegen der Härte und des besonderen Erscheinungsbilds von Titan lassen sich durch Eloxieren und Hochglanzpolieren modischer Schmuck, hochwertige Uhren und luxuriöse Accessoires herstellen, um die Nachfrage nach Individualität und Ästhetik zu erfüllen.
• Medizinprodukte: Titanbauteile in Medizinprodukten, beispielsweise Zahnimplantate und orthopädische Implantate, benötigen nicht nur ausgezeichnete mechanische Eigenschaften, sondern auch ein ansprechendes Erscheinungsbild. Chemisches und elektrolytisches Polieren können Oberflächengüte und Ästhetik verbessern.

Mit fortschrittlicher Technologie zur Titanoberflächenbehandlung kann Chalco hochwertige Titanprodukte liefern, die strengen Anforderungen verschiedener Branchen an Korrosionsbeständigkeit, Verschleißbeständigkeit und Ästhetik erfüllen. Ob in der Luft- und Raumfahrt, der Medizintechnik oder industriellen Anwendungen: Chalco stellt seinen Kunden leistungsfähige Titanwerkstofflösungen bereit, damit jedes Produkt zuverlässig arbeitet und dauerhaft hohe Qualität bietet.