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1. (DE000010017187) Use of a liquid solution of hydrogen fluoride to treat the surface of aluminum and titanium alloys to improve the oxidation resistance of the alloys
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Beschreibung

Die Erfindung betrifft die Vorbehandlung der Oberflächen von Legierungen aus Aluminium und Titan und dient der Erhöhung der Oxidationsbeständigkeit der Legierung. Ziel ist es die Oxidationsbeständigkeit der Legierungen oberhalb von 700°C soweit zu erhöhen, daß ein technischer Einsatz als Leichtbauwerkstoff für Hochtemperatur-Anwendungen ermöglicht wird.
Es ist allgemein bekannt, daß der Zusatz von Halogenen eine Verbesserung der Oxidationsbeständigkeit von Legierungen aus Aluminium und Titan im Temperaturbereich zwischen 800°C und 1000°C bewirkt (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, M. Yonemitsu: Intermetallics (4) (1996) 557-566; G. Schumacher, F. Dettenwanger, M. Schütze, U. Hornauer, E. Richter, E. Wieser, W. Möller, Intermetallics (7) (1999) 1113-1120; M. Hara, Y. Kitagawa, Oxidation of Metals, (52), (1999), 77-94). Zum Einbringen der Halogen-Legierungszusätze werden in der Literatur (M. Kumagai, K. Shibue, M.-S. Kim, T. Furuyama: EP 0 580 081 A1; M. Schütze, M. Hald: EP 0 770 702 A1; M. Schütze, M. Hald: DE 196 27 605 C1) verschiedene Verfahren beschrieben. Die Halogene werden der oxidierenden Atmosphäre zugesetzt oder bei der Legierungsherstellung werden dem gesamten Werkstoff 0.004 bis 1 at. % Halogenzusatz zulegiert oder es wird nur die Oberfläche mit Halogenen vorbehandelt.
Die herkömmlichen Verfahren zur Vorbehandlung der Oberfläche beruhen darauf, daß Halogen-Verbindungen in festem oder flüssigem Zustand für einen bestimmten Zeitraum auf die Oberfläche einwirken. Diese Verfahren setzen eine Mindesteinwirkungsdauer der Halogenverbindungen auf die Oberfläche voraus oder die Legierung muß nach Aufbringen der Halogenverbindung aufgeheizt werden. Das in dieser Erfindung vorgestellte Verfahren zur Vorbehandlung der Legierungsoberfläche mit Lösungen von Hydrogenfluorid hat gegenüber diesen bereits bestehenden Verfahren den Vorteil, daß bereits nach extrem kurzen Einwirkzeiten die Oberfläche die erhöhte Oxidationsbeständigkeit aufweist. Die Proben besitzen, nachdem die Oberfläche in irgendeiner Form mit einer Lösung von Hydrogenfluorid in Kontakt gebracht worden ist, bereits nach ca. 1 min die verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Diese Innovation wird durch die extrem hohe Reaktivität des Hydrogenfluorids bedingt. Weiterhin sind die in diesem Verfahren angewandten Fluor-Konzentration wesentlich niedriger als bei den herkömmlichen Verfahren zur Oberflächenbehandlung. Während für die in Patent EP 0 580 081 A1 beschriebenen Verfahren zwischen 0.002 mol m -2 und 2 mol m -2 Halogenzusatz pro Probenoberfläche notwendig sind, liegen die im vorliegenden Verfahren verwendeten Fluor Konzentrationen zwischen 1 × 10 -15 mol m -2 und 8 × 10 -4 mol m -2.
Die mit einer Lösung von Hydrogenfluorid behandelte Legierung aus Aluminium und Titan besitzt zwischen 800°C und 1100°C an Luft und an reinem Sauerstoff eine im Vergleich zu nicht vorbehandelten Legierungen aus Aluminium und Titan um mehrere Größenordnungen verbesserte Oxidationsbeständigkeit. Die Oxidschichtdicke liegt nach 100 h bei 900°C an Luft zwischen 500 und 700 nm und damit um 24.5 µm niedriger als bei einer nicht vorbehandelten Legierung. Bei den mit Lösungen von Hydrogenfluorid vorbehandelten Legierungen liegt nach der Oxidation eine sehr gute Haftfestigkeit der schützenden Oxidschicht vor, welche aus reinem Aluminiumoxid besteht.
Dadurch, daß sehr geringe Mindesteinwirkungszeiten bezüglich der Oberflächenbehandlung bei diesem Verfahren vorliegen, kann dieses Verfahren weitaus wirtschaftlicher als herkömmliche Verfahren zur Oberflächenbehandlung angewandt werden. Durch die geringeren Fluor-Konzentrationen handelt es sich um einen, im Vergleich zu den herkömmlichen Verfahren, umweltschonenderen Prozeß und der korrosive Angriff der im Prozeß verwendeten Anlagen wird minimiert.