Ionennitrieren von Titanlegierungen: Wirkung und Prozess

Das Ionennitrieren erhöht die Oberflächenhärte, Verschleißfestigkeit und Fressbeständigkeit von Titanlegierungen sowie ihre Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Umgebungen, während Zähigkeit und Duktilität des Kerns erhalten bleiben. Es verbessert die geringe Verschleiß- und Fressbeständigkeit von Titan sowie dessen begrenzte Korrosionsbeständigkeit in reduzierenden Medien. Das Verfahren wird in der Petrochemie, der Verteidigungsindustrie und der Medizintechnik eingesetzt.

Die Nitriertemperatur und die Nitrierzeit bestimmen die Härte und die Einhärtungstiefe. Richtig behandelte Oberflächen weisen eine goldgelbe Färbung auf.

Wasserstoffversprödung ist ein wichtiges Problem. Üblicherweise werden Stickstoff-Argon-Gemische oder sogar reiner Stickstoff verwendet. Wird eine wasserstoffhaltige Atmosphäre verwendet, wie beispielsweise ein Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch oder Ammoniak, sollte die Wasserstoffzufuhr unterbrochen werden, sobald das Bauteil nach dem Nitrieren auf 600 °C abgekühlt ist, um das Versprödungsrisiko zu verringern.

Das Titan-Ionen-Nitrieren wird bei Temperaturen über 800 °C durchgeführt. Als Anlage kann ein extern beheizter Ionen-Nitrierofen oder ein herkömmlicher Kaltwandofen verwendet werden. Um die Werkstücke auf die erforderliche Temperatur zu bringen und eine gleichmäßige Temperaturverteilung zu gewährleisten, besteht ein einfacher Ansatz darin, eine Hilfskathode mit demselben Potential um das Werkstück herum anzubringen. Diese wirkt als zusätzliche periphere Wärmequelle, reduziert den Strahlungswärmeverlust, beschleunigt den Aufheizvorgang und verbessert die Temperaturgleichmäßigkeit.

Für die Bearbeitung von Titan konzipierte Anlagen müssen eine Temperatur von etwa 900 °C erreichen, wobei alle Dichtungen zuverlässig funktionieren müssen. Bringen Sie eine oder mehrere Strahlungsabschirmungen aus Metall zwischen dem Werkstück und dem Ofendeckel sowie zwischen dem Kathodenarbeitstisch und der Ofengrundplatte an.

Da Titan bei 900 °C eine starke Affinität zu Sauerstoff aufweist, muss der Sauerstoffpartialdruck so niedrig wie möglich gehalten werden. Die Gasreinheit und die Leckagerate des Ofens sind dabei die wichtigsten Kontrollparameter. Ein speziell für das Ionen-Nitrieren von Titan vorgesehener Ofen ist vorzuziehen, damit Substanzen, die während der Behandlung anderer Werkstoffe adsorbiert wurden, den Titanprozess nicht verunreinigen.