Titanlegierungen werden aufgrund ihres außergewöhnlichen Verhältnisses von Festigkeit zu Gewicht, Korrosionsbeständigkeit, Hochtemperaturbeständigkeit und Biokompatibilität häufig in der Luft- und Raumfahrt sowie in der Militär- und Zivilindustrie eingesetzt. Allerdings haben die relativ geringe Oberflächenhärte und die unzureichende Verschleißfestigkeit von Titanlegierungen in bestimmten Umgebungen zu Einschränkungen geführt. Um diese Herausforderungen zu meistern, haben Forscher verschiedene Oberflächenbehandlungstechniken entwickelt, um die Oberflächenleistung von Titanlegierungen zu verbessern.
Eine wirksame Methode ist die Oberflächenoxidationsbehandlung, bei der ein Oxidfilm gebildet wird, um die Gleitfähigkeit zu verbessern und die Haftung während des Ziehvorgangs zu verringern. Beschichtungsbehandlungen wie Graphitemulsionsbeschichtungen und Salzkalkbeschichtungen bieten Schmierung und Schutz vor Oxidation und verbessern die Oberflächeneigenschaften. Bei der Fluorphosphatbehandlung wird die Oberfläche mit einem modifizierten Film beschichtet und anschließend ein Festschmierstoff aufgetragen, um eine geringe Reibung und eine hohe Verschleißfestigkeit zu erreichen.
Ein weiterer Ansatz ist die Metallfilmbeschichtung, bei der eine Schicht aus Metallen wie Kupfer, Chrom, Nickel oder Zinn auf der Oberfläche der Titanlegierung abgeschieden wird, um den direkten Metallkontakt während des Ziehens zu reduzieren und so die Haftung zu minimieren. Bei der Borierbehandlung werden Drähte aus Titanlegierung in eine Lösung getaucht, die KFB4, BaCl2 und NH4NO3 enthält, um eine Fluorboratschicht auf der Oberfläche zu erzeugen. Anschließend wird beim Kaltziehen Aluminiumdisulfid als Schmiermittel aufgetragen.
Die chemische Konversionsbehandlung bildet einen dichten Konversionsfilm auf der Oberfläche der Titanlegierung, der als gleitfähige Beschichtung dient, die Schmierstoffe absorbiert und nach mehreren Ziehvorgängen zu glatten Oberflächen führt. Die Auswahl geeigneter Schmierstoffe wie Industrieseifenpulver, Graphitemulsion und Mischungen aus Seifenpulver und anderen Materialien mit guter Benetzbarkeit und thermischer Stabilität ist von entscheidender Bedeutung.
Laseroberflächenbehandlungen wie Laserauftragschweißen, Legieren und Abschrecken verändern die Oberflächenmikrostruktur, um die Verschleißfestigkeit, Korrosionsbeständigkeit und Härte zu verbessern, ohne die Grundeigenschaften von Titanlegierungen zu beeinträchtigen. Die Mikro-Lichtbogenoxidation ist eine umweltfreundliche Technik, die in situ Keramikfilme auf Titanlegierungsoberflächen wachsen lässt und so eine hervorragende Korrosions- und Verschleißfestigkeit bietet.
