Angewandte Oberflächentechnik für metallische Werkstoffe

Transkript

1 Harald Simon/Martin Thoma Angewandte Oberflächentechnik für metallische Werkstoffe Eignung - Verfahren - Prüfung mit 184 Bildern und 130 Tabellen Carl Hanser Verlag München Wien

2 Inhalt 1 Funktionelle Schichten 1.1 Elektrolytisch (galvanisch) und chemisch aufgebrachte Schichten Elektrolytisch (galvanisch) abgeschiedene Metallschichten 2 < Außenstromlos abgeschiedene Metallschichten Chemisch/mechanisch abgeschiedene Metallschichten Anodisch erzeugte Konversionsschichten -v Chemisch erzeugte Konversionsschichten Thermisch Spritzschichten Flammspritzschichten Lichtbogenspritzschichten Detonationsspritzschichten (Flammschockspritzschichten) Plasmaspritzschichten PVD-Schichten (Physical Vapour Deposition) Vakuumaufdampfschichten Sputterschichten (Zerstäubungsschichten) Ionenplattierschichten Schmelztauchschichten Schmelztauchschichten aus Aluminium und Aluminiumlegierungen Schmelztauchschichten aus Zink und Zinklegierungen Schmelztauchschichten aus Zinn und Zinn-Blei-Legierungen Schmelztauchschichten aus Blei und Bleilegierungen Diffusionsschichten Einsatzhärteschichten Nitrierschichten Carbonitrierschichten(Nitrocarburierschichten) Borierschichten (Boridschichten) Silicierschichten Alitierschichten (Aluminierschichten) Inchromierschichten(Chrornierschichten) Sherardisierschichten(Sherard-Zink-Schichten) CVD-Schichten (Chemical Vapour Deposition) Lackschichten Trockenschmierschichten (Trockenschmierfilme) Andere Schichten 24 Auftragschweißschichten 24 Walzplattierschichten ' 24 Plattenplattierschichten 24 Sprengplattierschichten 24 Rollnahtschweißschichten 24 Wirbelsinterschichten 24 schichten 25 Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen funktioneller Schichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen elektrolytisch und chemisch aufgebrachter Schichten 26

3 X Inhalt Elektrolytisch abgeschiedene Metalle 26 Aluminium 26 Chrom 28 Cobalt 28 Nickel 28 Kupfer 29 Messing 29 Bronze 30 Zink 30 Silber 30 Cadmium 30 Nickel-Cadmium 31 Zinn 31 Blei 32 Blei-Zinn 32 Dispersionsschichten Stromlos abgeschiedene Metalle 32 Stromlos Nickel 32 Stromlos Kupfer Chemisch/mechanisch abgeschiedene Schichten Anodisch aufgebrachte Kon-yersionsschichten 33 HAE-Schichten (Magnesium-Werkstoff) 33 Anodisierschichten/Eloxalschichten (Aluminum-Werkstoff) 34 Hartanodisierschichten (Aluminium-Werkstoff) 34 Anodisierschichten (Titan-Werkstoff) Chemisch aufgebrachte Konversionsschichten 34 Chromatierschichten (Magnesium-Werkstoff) 34 Passivierschichten (Aluminium-Werkstoff) 35 Brünierschichten (Niedriglegierter Stahl) 35 Phosphatierschichten (Niedriglegierter Stahl) 35 Passivierschichten (Hochlegierter Stahl) Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von Thermisch Spritzschichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von PVD-Schichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von Schmelztauchschichten Aluminium Zink Zinn Blei Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von Diffusionsschichten Einsatzhärteschichten Nitrierschichten Carbonitrierschichten Borierschichten Silicierschichten Alitierschichten - 44 ' Inchromierschichten Sherardisierschichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von CVD-Schichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von Lackschichten Anwendungsziele und Anwendungsgrenzen von Trockenschmierschichten 48

4 Inhalt XI Eigenschaften der Schichten Elektrolytisch und chemisch aufgebrachte Schichten Elektrolytisch und chemisch abgeschiedene Metallschichten 50 Aluminium 50 Chrom 51 Cobalt 56 Cobalt-Dispersionsschichten 58 Nickel 60 Nickel-Dispersionsschichten 63 Stromlos Nickel (Ni/P-Typ) 66 Stromlos Nickel-Dispersionsschichten. 72 Kupfer 76 Messing 77 Bronze 78 Zink 79 Silber 80 Cadmium 81 Nickel-Cadmium 82 Zinn 83 Blei 84 Blei-Zinn Anodisch und chemisch erzeugte Konversionsschichten 86 Konversionsschichten für Magnesium-Werkstoffe 86 Konversionsschichten für Aluminium-Werkstoffe 89 Konversionsschichten für Titan-Werkstoffe 91 Konversionsschichten für niedriglegierte Stähle 92 Konversionsschichten für hochlegierte Stähle Thermische Spritzschichten Metalle Metall-Legierungen 94 MCrAlY-Schichten 99 Hartlegierungen 101 CoMoSi-Legierungen (Tribaloy) Carbide-Metalle Oxide Oxide-Metalle Sonstige Schichten PVD-Schichten Metalle Hartstoffe Schmierstoffe Schmelztauchschichten Aluminium Zink Zinn Blei Diffusionsschichten Einsatzhärteschichten Nitrierschichten 121 Stähle 121 Titan-Werkstoffe

5 XII Inhalt Carbonitrierschichten Borierschichten Silizierschichten Alitierschichten Inchromierschichten Sherardisierschichten CVD-Schichten Metalle Hartstoffe Lacke Organische Niedertemperaturlacke Hochtemperaturlacke Anorganische Hochtemperaturlacke Trockenschmierstoffe Graphit Molybdändisulfid Polytetrafluorethen Beeinflussung Reibungskoeffizient und Lebensdauer 139 Reibungskoeffizient 139 Lebensdauer Vergleich der Schichten Systemeigenschaften Verschleißschutz durch Beschichtungen 143 Abrasiver Verschleiß 143 Erosion 145 Adhäsiver Verschleiß 147 Schwingungsverschleiß Einfluß von Schicht und Beschichtungsverfahren auf das Bauteil Einfluß von Schichten auf die Bauteileigenschaften Einflüsse von Oberflächenbehandlungsverfahren auf die Bauteil werkstoffe Einfluß der Verfahrenstemperatur auf das Substrat Spannungsrißkorrosion Wasserstoffversprödung Tauchverfahren Elektrolytische Beschichtung Spritzverfahren Bedampfen 170 Vorbehandlung Entfernen von Fett, Öl, Wachs, Ruß, Ölkohle mittels chemischer Verfahren Anwendungsziele Reinigungsverfahren 172 Reinigen mittels Kohlenwasserstoff (KW)-Lösemitteln 172 Reinigen mittels Neutralreiniger 172 Reinigen mittels schwach alkalischer Reiniger 174 Reinigen mittels stark alkalischer Reiniger 174 Reinigen mittels Tri-Verkochung 174 Reinigen mittels WT-Verfahren

6 Inhalt XIII Entfetten in Tr^Dampf bzw. in_per-dampf 175 Ultraschall-Reinigen in Fluorchlorkohlenwasserstoffen 176 Entrußen in schwach alkalischen Lösungen 176 Entrußen in stark alkalischen Lösungen 176 Entfernen von Ölkohle im Organischen Ölkohleentferner Entfernen von Oxidschichten mittels chemischerverfahren Anwendungsziel Verfahren zum Abziehen von Oxidschichten 177 Entfettungen 178 Beizen 179 Oxidaufbereitungen Entfernen von Fremdschichten, Reinigen und Glätten von Oberflächen durch Strahlen Anwendungsbeispiele Strahlverfahren Aufrauhen von Teileoberflächen durch Strahlen als Vorbehandlung zum Lackieren, Beschichten mit Trockenschmierfilm und Thermisch Spritzen Verdichten von Metalloberflächen, Aufbringen von Druckspannungen durch kontrolliertes" Verdichtungsstrahlen Anwendungsziele Verdichtungsstrahlverfahren Abbau von Zugspannungen Aufbringen funktioneller Schichten : Elektrolytisches und chemisches Abscheiden/Aufbringen von Schichten Elektrolytisches Abscheiden von Metallen 186 Abscheiden von Aluminium 190 Abscheiden von Chrom (Hartchrom) 191 Abscheiden von Cobalt 191 Abscheiden von Nickel : 191 Abscheiden von Kupfer 191 Abscheiden von Messing 192 Abscheiden von Bronze 192 Abscheiden von Zink 192 Abscheiden von Silber 193 Abscheiden von Cadmium 193 Abscheiden von Nickel-Cadmium 193 Abscheiden von Zinn _ Abscheiden von Blei 194 Abscheiden von Blei-Zinn-Legierungen 194 Abscheiden von Dispersionsschichten Stromloses (außenstromloses) Abscheiden von Metallen 195 Stromlos Abscheiden von Nickel 196 Stromlos Abscheiden von Kupfer Chemisch/mechanisches Abscheiden von Metallen Anodisches Aufbringen von Konversionsschichten 197 Aufbringen von HAE-Schichten (Mg-Werkstoff) 197 Aufbringen von Eloxalschichten (Al-Werkstoff) 199 GS-Verfahren 199 Bengough-Verfahren 199 Aufbringen von Hart-Anodisierschichten (Al-Werkstoff) 199 Aufbringen von Anodisierschichten (Ti-Werkstoff) 200

7 XIV Inhalt Chemisches Aufbringen von Konversionsschichten 200 Aufbringen von Chromatierschichten (Mg-Werkstoff) 200 Aufbringen von Passivierschichten (Al-Werkstoff) 202 Aufbringen von Brünierschichten (Niedriglegierter Stahl) 202 Aufbringen von Phosphatierschichten (Niedriglegierter Stahl) 202 Aufbringen von Passivierschichten (Hochlegierter Stahl) Thermisch Spritzen Flammspritzen Lichtbogenspritzen Detonationsspritzen Plasmaspritzen Abscheiden von PVD-Schichten Vakuumaufdampfen von Schichten Aufstäuben/Sputtern von Schichten Ionenplattieren Aufbringen von Schmelztauchschichten Feueraluminieren Feuerverzinken Feuerverzinnen Feuerverbleien Aufbringen von Diffusionsschichten Aufbringen von Einsatzhärteschichten Aufbringen von Nitrierschichten Aufbringen von Carbonitrierschichten Aufbringen von Borierschichten Aufbringen von Silicierschichten Aufbringen von Alitierschichten Aufbringen von Inchromierschichten Aufbringen von Sherardisierschichten Abscheiden von CVD-Schichten Aufbringen von Lackschichten Aufbringen des hochtemperaturbeständigen Lackes DACROMET Aufbringen hochtemperaturbeständigen, aluminiumpigmentierten Epoxy-Silicon- Lackes Aufbringen hochtemperaturbeständiger aluminiumpigmentierter anorganischer Lacke Aufbringen von Trockenschmierschichten 235 Nachbehandlung Ausgasen Konservieren Art der Korrosionsschutzmittel Aufbringen der Kprrosionsschutzmittel Eigenschaften der Korrosionsschutzschichten Sinnvolles Anwenden der Konservierung 241 Konservieren elektrolytisch oder chemisch beschichteter Teile 241 Konservieren durch Thermisch Spritzen beschichteter Teile 241 Konservieren PVD-beschichteter Teile 241 Konservieren schmelztauchbeschichteter Teile 241 Konservieren diffusionsbeschichteter Teile 241 Konservieren CVD-beschichteter Teile 246

8 Inhalt XV Konservieren lackierter Teile Konservieren mit Trockenschmierschichten beschichteter Teile Entfernen funktioneller Schichten. 1 Entfernen metallischer Überzüge ^ Q Entfernen von Aluminiumschichten Entfernen von Chromschichten Entfernen von Cobaltschichten Entfernen von Nickelschichten Entfernen von Stromlos Nickel-Schichten Entfernen von Kupferschichten Entfernen von Kupferlegierungsschichten Entfernen von Zinkschichten Entfernen von Silberschichten Entfernen von Cadmiumschichten Entfernen von Zinnschichten Entfernen von Bleischichten Entfernen von Blei-Zinnlegierungsschichten 2 Entfernen von anodisch und chemisch erzeugten Konversionsschichten Entfernen von anodischen Konversionsschichten 2.2 Entfernen von chemischen Konversionsschichten 3 Entfernen von thermischen Spritzschichten 3.1 Entfernen von Metallen und Legierungen 3.2 Entfernen von Carbiden,Carbiden-Metallen 3.3 Entfernen von Oxiden, Oxiden-Metallen 3.4 Entfernen von sonstigen Schichten 4 Abziehen von Diffusionsschichten 5 Entlacken 5.1 Entfernen von organischen Niedertemperaturlackschichten 5.2 Entfernen Al-oderZn-pigmentierter Hochtemperaturlackschichten 10 Abtrageverfahren 10.1 Chemisch Abtragen Anwendungsziel Verfahrensmechanismus Anwendungsbeispiele Grenzen des Verfahrens Chemisch Entgraten Anwendungsziel Verfahrensmechanismus Anwendungsbeispiele Grenzen des Verfahrens Elektrolytisch Entgraten Anwendungsziel Verfahrensmechanismus Anwendungsbeispiele Grenzen des Verfahrens Elektropolieren Anwendungsziel Verfahrensmechanismus Anwendungsbeispiele Grenzen des Verfahrens

9 XVI Inhalt 11 Prüfen Schichtprüfungen 275 Sichtprüfungen Rauhigkeitsprüfungen Porenprüfungen Härteprüfungen Schichtdickenprüfungen Mikroskopisches Meßverfahren Magnetinduktives Meßverfahren Modifiziertes magnetinduktives Meßverfahren 281 Kapazitives Meßverfahren 281 Wirbelstrom-Meßverfahren 281 Beta-Rückstreu-Meßverfahren 282 Röntgenfluoreszenz-Meßverfahren 282 Coulometrie-Meßverfahren 282 Alternative Schichtdickenmeßverfahren Eigenspannungsprüfungen 283 Mechanische Prüfverfahren 283 Röntgenographische Spannungsmessung Duktilitätsprüfungen Haftfestigkeitsprüfungen 287 Qualitative Haftfestigkeitsprüfungen 287 Quantitative Haftfestigkeitsprüfungen 287 Zerstörungsfreie Prüfungen Tribologische Prüfungen 294 Prüfsysteme 294 Auswahl einer tribologischen Modell-Prüfung 295 Modell-Prüfungen für Reibung und Verschleiß Korrosionsprüfungen 298 Feuchtigkeitsprüfungen 300 Salzsprühprüfungen 301 Tauchprüfungen 302 Elektrochemische Prüfungen 303 Spezielle Korrosionsprüfungen Anwendungsziele Prüfätzen Vorbereitungsätzen Ätzverfahren Anwendungsbeispiele Prüfätzen von Verdichterscheiben einer Gasturbine aus Titan-Werkstoffen Prüfätzen von Verdichterschaufeln einer Gasturbine aus Titan-Werkstoff TiA16V4. Prüfätzen von Verzahnungsteilen 309 Prüfätzen von Kugel-und Rollenlagerteilen 311 Prüfätzen von Turbinenscheiben aus Nickel-Werkstoffen 311 Prüfätzen von Turbinenschaufeln aus Nickel-bzw. Cobalt-Werkstoffen 314 Vorbereitungsätzen fürdasrißprüfen mit fluoreszierendem Eindringstoff 314 DIN-,ASTM-und ISO-Normen 316 Literatur 324 Register