Welche Oberflächenbehandlungen eignen sich für Titanbauteile im langfristigen Seewassereinsatz?

Aus korrosionstechnischer Sicht verfügen Titan und seine Legierungen, wie Ti-6Al-4V, über eine ausgezeichnete Beständigkeit gegenüber Meerwasser aufgrund einer stabilen, passiven Oxidschicht. Dennoch bringt eine langfristige Exposition spezifische Herausforderungen mit sich – darunter Spaltkorrosion in engen Verbindungen, Biofouling und Erosion. Die geeignete Oberflächenbehandlung dient dabei weniger dem Schutz vor allgemeiner Korrosion, sondern der gezielten Leistungssteigerung für den maritimen Einsatz.

Empfohlene Oberflächenbehandlungen für den Meerwassereinsatz

1. Anodisierung

Die Anodisierung ist ein äußerst wirksames elektrochemisches Verfahren, das die natürliche Oxidschicht von Titan künstlich verdickt und stabilisiert.

• Vorteile im maritimen Einsatz: Sie verbessert die Beständigkeit gegen Spaltkorrosion und Verschleiß erheblich – entscheidend für bewegliche Teile wie Ventile oder Befestigungselemente. Die harte, keramische Oberfläche bietet zudem eine hervorragende Basis für Haftung von Lacken oder Beschichtungen.

• Besonderheiten: Das Verfahren eignet sich gut für komplexe Geometrien aus der CNC-Bearbeitung und verändert die Bauteilabmessungen nur minimal.

2. Thermisch gespritzte Keramikbeschichtungen

Durch Plasmaspritzen aufgetragene Schichten aus Aluminiumoxid (Al₂O₃) oder Titanoxid (TiO₂) bilden eine dicke, inerte Barriere.

• Vorteile im maritimen Einsatz: Diese Beschichtungen bieten außergewöhnliche Erosionsbeständigkeit gegenüber sandhaltigem Wasser und wirken zugleich thermisch isolierend. Sie eignen sich ideal für großflächige Komponenten in der Öl- und Gasindustrie oder für Pumpenlaufräder.

• Besonderheiten: Die Schichten können porös sein und müssen häufig versiegelt werden; sie erhöhen die Bauteildicke deutlich und sind daher weniger geeignet für enge Toleranzbereiche.

3. PVD-Beschichtungen (Physical Vapor Deposition)

PVD-Beschichtungen wie Titannitrid (TiN) oder Chromnitrid (CrN) erzeugen eine dünne, extrem harte und dichte Oberfläche.

• Vorteile im maritimen Einsatz: Sie erhöhen die Oberflächenhärte drastisch und bieten hervorragenden Schutz gegen Abrieb und Kaltverschweißung. Durch den niedrigen Reibungskoeffizienten bestimmter PVD-Schichten wird auch die Anhaftung biologischer Organismen reduziert. Damit sind sie ideal für hochbelastete Bauteile in der Energieerzeugung oder Entsalzungsanlagen.

• Besonderheiten: Da PVD ein Sichtlinienverfahren ist, sind schwer zugängliche Innenflächen schwieriger zu beschichten. Es handelt sich um eine hochwertige Endbearbeitung, die häufig bei präzisionsbearbeiteten Komponenten zum Einsatz kommt.

4. Mikro-Lichtbogenoxidation (MAO)

Wie zuvor beschrieben, erzeugt die MAO-Behandlung eine dicke, widerstandsfähige keramische Oxidschicht, die fest mit dem Grundmaterial verbunden ist.

• Vorteile im maritimen Einsatz: Sie bietet eine einzigartige Kombination aus extremer Härte, Korrosionsbeständigkeit und thermischer Stabilität. Die Schicht haftet ausgezeichnet und schützt effektiv gegen Kavitations-Erosion und Abrieb.

• Besonderheiten: Maßänderungen und die raue Oberflächenstruktur müssen bereits in der Konstruktion berücksichtigt werden.

Ingenieurtechnische Richtlinien zur Auswahl

1. Allgemeiner Korrosions- und Spaltschutz: Die Anodisierung ist meist die kostengünstigste und zuverlässigste Lösung.

2. Schutz vor Abrasion und Erosion: Für stark beanspruchte Flächen sind PVD-Beschichtungen oder Mikro-Lichtbogenoxidation vorzuziehen. Thermisches Spritzen ist eine Alternative für größere Komponenten.

3. Reduzierung von Biofouling: Eine glatte, harte Oberfläche – beispielsweise poliert und anodisiert oder PVD-beschichtet – erschwert das Anhaften mariner Organismen. Diese Behandlungen können zudem als stabile Basis für spezielle Antifouling-Lacke dienen.

4. Synergie zwischen Design und Fertigung: Die Wahl der Behandlung muss in den Fertigungsprozess integriert werden. Ein Bauteil, das für MAO vorgesehen ist, sollte z. B. etwas kleiner vorbearbeitet werden, während ein Teil für PVD so konstruiert werden sollte, dass Schattenbildung minimiert wird.