Welche Oberflächenbehandlungen verbessern die Leistung von Titanlegierungskomponenten?

Die Auswahl der Oberflächenbehandlung für Titanlegierungskomponenten ist eine entscheidende technische Entscheidung, die die Leistung in Bereichen verbessert, in denen das Grundmaterial möglicherweise Defizite aufweist – etwa bei der Verschleißfestigkeit, dem Korrosionsschutz in spezifischen Umgebungen und der Ermüdungslebensdauer. Die Wahl hängt von den Einsatzbedingungen des Bauteils ab, einschließlich Belastung, Temperatur, chemischer Einwirkung und tribologischer Anforderungen.

Eloxieren für Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit

Das Eloxieren ist ein elektrochemischer Prozess, der eine dicke, stabile Oxidschicht auf der Titanoberfläche erzeugt. Während Titan von Natur aus eine passive Oxidschicht bildet, ermöglicht das Eloxieren eine kontrollierte Verstärkung dieser Eigenschaft. Das Typ-II-Eloxieren verbessert in erster Linie die Korrosionsbeständigkeit und bietet eine hervorragende Haftgrundlage für Lackierungen. Besonders leistungsentscheidend ist das Typ-III-(Hart-)Eloxieren, das eine deutlich dickere und härtere keramische Schicht bildet. Diese erhöht die Abriebfestigkeit erheblich und reduziert Kaltverschweißungen (Galling) und Reibverschleiß, die bei unbehandeltem Titan in dynamischen Baugruppen häufig auftreten. Dieses Verfahren ist entscheidend für Komponenten wie Hydraulikkolbenstangen und rotierende Lager in Luft- und Raumfahrtsystemen.

PVD-Beschichtungen für extreme Oberflächenhärte

Für Anwendungen, die höchste Härtegrade und geringe Reibung erfordern, ist das Physical Vapor Deposition (PVD)-Verfahren die überlegene Wahl. Die PVD-Beschichtung für Präzisions-CNC-Teile beinhaltet das Aufbringen eines dünnen, extrem harten keramischen Films – etwa aus Titannitrid (TiN) oder Chromnitrid (CrN) – auf die Oberfläche. Dieses Verfahren wird im Vakuum bei relativ niedrigen Temperaturen durchgeführt, wodurch die mechanischen Eigenschaften des Titans erhalten bleiben. Die resultierende Oberfläche kann eine Härte von über 80 HRC erreichen und reduziert den Verschleiß sowie den Reibungskoeffizienten drastisch. PVD ist ideal für Schneidwerkzeuge, Formeinsätze und kritische Komponenten in der Automobilindustrie sowie der Luft- und Raumfahrt, wo Maßhaltigkeit unter Verschleißbedingungen entscheidend ist.

Thermische Spritzbeschichtungen für Wärmeschutz und Verschleiß

In Hochtemperaturumgebungen, wie sie in Turbinen oder Abgassystemen vorkommen, kann die Leistung von Titan durch thermische Spritzbeschichtungen verbessert werden. Verfahren wie das Plasmaspritzen tragen keramische Beschichtungen (z. B. yttriumstabilisiertes Zirkoniumoxid für Wärmeschutzbeschichtungen für CNC-Komponenten) oder metallische Legierungen auf. Diese Beschichtungen bilden eine thermische Barriere, die das darunterliegende Titan vor Hitze schützt und Festigkeitsverlust sowie Oxidation verhindert. Ebenso können Wolframkarbid-Kobalt-Beschichtungen per HVOF (High-Velocity Oxy-Fuel) aufgetragen werden, um eine extrem verschleißfeste Oberfläche für Komponenten wie Fahrwerkslager oder Antriebsspindeln zu erzeugen.

Passivierung für optimierte Korrosionsbeständigkeit

Obwohl Titan von Natur aus sehr korrosionsbeständig ist, kann seine Oberfläche während der CNC-Bearbeitung mit freiem Eisen oder anderen Partikeln kontaminiert werden. Die Passivierung ist eine wichtige chemische Behandlung, die eingebettetes Eisen entfernt und die Bildung einer gleichmäßigen, stabilen Oxidschicht fördert. Dieser Schritt ist obligatorisch für Komponenten in der Medizintechnik, um Biokompatibilität und Korrosionsschutz im Körper zu gewährleisten, sowie für Bauteile, die aggressiven chemischen Umgebungen ausgesetzt sind.

Spezialisierte Verfahren für Ermüdungsfestigkeit und Ästhetik

Andere Behandlungen erfüllen spezialisierte Aufgaben. Das Elektropolieren löst die Oberfläche anodisch auf und entfernt Mikrounregelmäßigkeiten sowie Spannungskonzentratoren, die durch die Bearbeitung entstehen. Das Ergebnis ist eine mikroskopisch glatte Oberfläche, die die Ermüdungslebensdauer und Korrosionsbeständigkeit erheblich verbessert – entscheidend für Bauteile mit zyklischer Belastung, wie Flugzeugfahrwerke oder orthopädische Implantate. Für nicht-funktionale Anforderungen kann der Sandstrahlprozess für CNC-Komponenten eine gleichmäßige matte Oberfläche erzeugen – entweder aus ästhetischen Gründen oder als Vorbereitung für nachfolgende Beschichtungen.

Technische Auswahlrichtlinie

Die optimale Oberflächenbehandlung richtet sich nach der zu verbessernden Hauptanforderung:

• Bei Verschleiß oder Kaltverschweißung: Harteloxal oder PVD-Beschichtung.

• Bei Hochtemperaturoxidation: Wärmeschutzbeschichtungen.

• Zur Maximierung der Ermüdungslebensdauer: Elektropolieren.

• Für chemische Beständigkeit/Biokompatibilität: Passivierung.

• Für allgemeinen Korrosionsschutz und Haftung: Typ-II-Eloxierung.

Die Nutzung des Know-hows eines One-Stop-Service-Anbieters stellt sicher, dass Bearbeitung, Oberflächenveredelung und Qualitätsprüfung nahtlos integriert sind – so wird gewährleistet, dass die Oberflächenbehandlung in der finalen Komponente die gewünschte Leistung erbringt.