In der Regel sorgt die stromlose Nickelverarbeitung dafür, dass eine gute Bindung zum Titan erreicht wird, wodurch es häufig zum Beschichten von Titan als Erstbeschichtung verwendet wird. Obwohl Kupfer, Gold und Silber nicht als Anfangsschichten zum Metallisieren auf Titan verwendet werden, dienen sie als nachfolgende Plattierungsoberflächen, die auf die Nickelschicht aufgetragen werden. Die Beschichtung des Titans bietet nahezu die gleiche Korrosionsbeständigkeit wie Platin. Nicht nur das, sondern es begrenzt auch die negativen Auswirkungen chemischer Elemente wie Salzsäure (HCL), Chlorgas (Cl2) und vieler organischer Säuren.
Verwendet für die Beschichtung auf Titan
Die Verwendung von Titan hat im Laufe des nächsten halben Jahrhunderts ununterbrochen zugenommen. Mit unzähligen Industrie- und Fertigungsanwendungen sind hier die besten Beispiele.
Luft- und Raumfahrt
Titan wird aufgrund seines geringen Gewichts häufig verwendet und ist in verschiedenen Flugzeugtypen zu finden. Im Wesentlichen erhöht das Metall die Aerodynamik des Flugzeugs und verbessert die Treibstoffeffizienz. Abgesehen davon hat das Titan auch eine ausgezeichnete Ermüdungs- und große Riss- und Korrosionsbeständigkeit. Darüber hinaus hält es auch hohen Temperaturen stand. Neben Flugzeugen wird Titan, wie bereits erwähnt, zur Entwicklung und Herstellung von Flugkörpern und Raumfahrzeugen verwendet.
Marine
Die Beständigkeit von Titan gegen Korrosion durch Meerwasser macht es zu einer häufigen Wahl für Schiffsanwendungen und die Herstellung von Teilen, die in Schiffsanwendungen verwendet werden. Ein Beispiel für diese Anwendung ist die Herstellung von Unterwassergeräten wie Überwachungskameras auf Booten und U-Booten.
Schmuck
Die physikalischen Eigenschaften von Titan, einschließlich Haltbarkeit, geringes Gewicht und Korrosionsbeständigkeit, machen es zu einer häufig gewählten Wahl für die Herstellung von Designerschmuck und Uhrengehäusen. Da Titan mühelos gefärbt werden kann, ist es in kleineren Schmuckartikeln wie Körperpiercings weit verbreitet.
Medizinisch
Kugelgelenke, die bei Hüftprothesen verwendet werden, erfordern ein geringes Gewicht und eine überlegene Festigkeit, die zweifellos durch Titan erreicht wird. Das Metall ist eines der wenigen biokompatiblen Materialien, wodurch Titan ungiftig und ungefährlich für den menschlichen Körper ist. Titan wird auch zur Herstellung von Krücken, Rollstühlen und chirurgischen Instrumenten verwendet.
Automobil
Die aerodynamischen, leichten und superfesten Eigenschaften von Titan machen es zusammen mit seinen Legierungen ideal für die Herstellung von Automobilteilen wie Rennwagenkarosserien und anderen Elementen.
Notwendigkeit einer Titangalvanisierung
Titan ist ein hervorragendes Metall mit außergewöhnlichen Eigenschaften, das sich ideal für die Herstellung verschiedener Teile und industrieller Anwendungen eignet. Dennoch gibt es mehrere Gründe für das Plattieren von Titan und seinen Legierungen. Das Plattieren verbessert im Allgemeinen die bereits in Titan vorhandenen Eigenschaften weiter, wodurch die Metallveredelung und die Fähigkeit des Metalls, Oberflächenermüdung, Reibverschleiß und Anti-Fress-Eigenschaften zu widerstehen, weiter verbessert werden. Die Beschichtung mit Titan erhöht die Korrosionsbeständigkeit in heißen und sauren Umgebungen weiter. Darüber hinaus kann es die elektrische Leitfähigkeit erhöhen und verringern, Schmierfähigkeit hinzufügen, Wärme reflektieren und Anwendungen reparieren oder in der Größe ändern.
Probleme mit der Beschichtung von Titan
Der Prozess des Plattierens mit Titan galt lange Zeit als komplizierter Prozess, um ihn zu perfektionieren, wenn nicht gar als unmöglich. Dies liegt daran, dass Titan ein hochreaktives Metall bleibt. Titan reagiert im Wesentlichen mit Sauerstoff, der im Plattierungsprozess erzeugt wird, um einen passiven Film auf dem Substrat zu bilden. Dieser Film wirkt als Hindernis beim Binden der Metallbeschichtung während des Plattierens, wodurch das Verfahren ineffizient wird. Die Lösung besteht darin, den Galvanisierungsprozess so auszuwählen, dass die Metallbeschichtung und die Substrathaftung gefördert werden. Das native Oxid muss entfernt werden, wodurch es vom Rest des Plattierungsprozesses isoliert wird. Ohne Frage kann dies nur durch die Beauftragung eines Titanbeschichtungsunternehmens erreicht werden, um jedes dieser Ziele effizient und kostengünstig zu erreichen.
Tipps zur Oberflächenvorbereitung
Der anfänglichste Prozess besteht darin, die Oberfläche des Titansubstrats richtig vorzubereiten. Für den Oberflächenvorbereitungsprozess können mehrere Methoden verwendet werden, die normalerweise Folgendes umfassen:
- Herkömmliche Verfahren wie Schleifen, Dampfentfetten, Strahlen und alkalisches Reinigen.
- Aktivierung durch elektrochemisches Ätzen, ohne Durchführung einer Wärmebehandlung.
- Aktivierung durch flüssiges Strahlen.
Diese Verfahren sind praktisch und auf Titanmetall und mehrere Titanlegierungen anwendbar. Darüber hinaus erfüllen diese Prozesse auch die Compliance-Anforderungen, indem sie die von der ASTM (American Society for Testing and Materials) International festgelegten Standards in Bezug auf die Förderung der Haftung beim Plattieren verschiedener Metalle auf Titan erfüllen.
Vernickelung auf Titan
Nickel ist aufgrund seiner hohen Erfolgsrate eines der am häufigsten verwendeten Materialien zum Beschichten von Titan. Dank der Vernickelung wird das darunter liegende Titan korrosionsbeständiger und verschleißt weniger. Der Prozess umfasst im Allgemeinen die folgenden Schritte:
- Verwenden Sie ein Lösungsmittel, um das Fett auf dem Untergrund zu reduzieren.
- Verwenden Sie Bimssteinpaste, um die Oberfläche mit Wasser zu schrubben.
- Reinigen Sie den Untergrund gründlich mit einem alkalischen Reiniger.
- Spülen Sie das Substrat ab, indem Sie es in eine Lösung aus 500 ml HCL mit 500 ml Wasser eintauchen.
- Spülen Sie das Substrat gründlich ab, indem Sie es in eine Lösung aus 120 ml Flusssäure (48%), 400 ml Salpetersäure und 1 Liter Wasser eintauchen.
- Spülen Sie erneut gründlich in einer Lösung aus 130 ml Flusssäure (70%), 830 ml Essigsäure und 40 ml Wasser für die anodische Behandlung.
- Spülen Sie das Substrat, während Sie eine Stromdichte von 15–30 ASF bei Raumtemperatur anwenden.
- Spülen Sie nun das Substrat gründlich in einem Sulfamat-Nickelbad, das eine Haltetemperatur von 145 °F und eine elektrische Stromdichte von 1000 ASF enthält.
- Wärmebehandlung in einer Atmosphäre mit Inertgas bei 480 Grad Celsius für 2 Stunden, um die Haftung zwischen Titan und Nickel zu erhöhen.
Chemische Vernickelung als Grundierung
Stromlose Vernickelung ist ein weiteres Verfahren, das häufig zum Plattieren von Nickel auf Titan verwendet wird. Wie der Name schon sagt, wird beim stromlosen Plattieren im Gegensatz zum Galvanisieren kein elektrischer Strom in das Plattierungsbad eingebracht. Beim Ersatz des Stroms nutzen Sie eine autokatalytische chemische Reaktion, bei der Sie eine Legierung aus Nickel-Phosphor auf der Oberfläche des Substrats abscheiden.
Das stromlose Vernickeln erweist sich gegenüber dem Galvanisieren als vorteilhaft, da es eine bessere Gleichmäßigkeit in der Dicke und eine gleichmäßige Beschichtung liefert. Wenn Titan als Substrat betrachtet wird, wird stromloses Vernickeln normalerweise nicht für die Endbeschichtung auf Titan verwendet. Anstatt als Decklack dient er als Basislack für andere Metalle, um deren Haftfestigkeit zu erhöhen. Andere wertvolle Vorteile der stromlosen Vernickelung von Titan umfassen eine bessere Wärmeleitfähigkeit, verbessertes Hartlöten und Löten und eine erhöhte Hochtemperaturoxidation.
Vergoldung auf Titan
Gold wird selten als Beschichtungsmaterial für Titan verwendet, um das äußere Erscheinungsbild und Erscheinungsbild des Substrats zu verbessern. Da Gold jedoch relativ teuer ist, wird nur eine dünne Schicht davon verwendet, um die Titanoberfläche zu plattieren. Um erfolgreich Gold auf Titan zu plattieren, müssen Sie zunächst das Titandioxid vollständig entfernen und dann den Plattierungsprozess starten, um eine gleichmäßige, gleichmäßige und kontinuierliche Beschichtung auf der gesamten Oberfläche des Titans zu gewährleisten. Ein allgemeines Problem beim Galvanisieren von Gold auf Titan ist die Bildung von kleineren Oberflächenfehlern und Unvollkommenheiten. Diese können Risse oder Löcher enthalten, die die Oberfläche des Substrats bilden. Aber andererseits kann dieses Problem gelöst werden, indem zuerst das Titan mit einer stromlosen Nickelbeschichtung beschichtet wird und dann das Gold durch Galvanisieren darüber aufgebracht wird.
Die Vergoldung von Titan erfolgt nicht nur durch galvanische Abscheidung. Es gibt jedoch auch einige andere Methoden. Beispielsweise ist die chemische Verdrängung ein häufig verwendetes Verfahren in der Schmuckindustrie. Bei der chemischen Verdrängung tauscht ein Element während einer chemischen Reaktion die Position mit einem anderen Element einer Verbindung. In ähnlicher Weise findet beim Vergolden eine chemische Verdrängung statt. Wenn Titan in einer Lösung gehalten wird, die Goldionen enthält, beginnen die Goldionen, die Titanionen zu verdrängen, und bilden eine Goldschicht auf der Oberfläche des Titans.
Das zum Umhüllen des Titans während der chemischen Verdrängung verwendete Bad besteht aus:
- Fluoridionen zum Auflösen des Titanoxids (bereits als Schicht auf dem Titan vorhanden).
- Einwertige Goldionen zum Bilden einer Beschichtung über dem Titan.
- Citrationen zur Komplexierung des einwertigen Goldes.
Weiterhin werden dem Gemenge Wasserstoffionen zugesetzt, um den bevorzugten sauren Zustand zu erreichen, ebenso können Wolframionen zur Konservierung des Gemenges eingesetzt werden.
Die ideale Menge jedes oben genannten Materials ist unten aufgeführt. Angenommen, das Bad wird gemäß diesen Spezifikationen vorbereitet und aufgetragen. In diesem Fall wird eine gleichmäßige Beschichtung ohne Fehler auf der Oberfläche des Substrats erzeugt.
- Monovalentes Gold: 25 Gramm/Liter
- Citrat: 50 Gramm/Liter
- Fluorid: 10-20 Gramm/Liter
- Wasserstoff: Ausreichende Menge, um einen pH-Wert von 5-6 zu erreichen
Kupferplattierung auf Titan
Um die elektrische Leitfähigkeit von Titan zu erhöhen, kann es mit Kupfer überzogen werden. Um eine lausige Beschichtung oder Defekte in der Schicht zu vermeiden, wird wie beim Vergolden von Titan empfohlen, zuerst eine stromlose Nickelbeschichtung über dem Titan zu erzeugen. Zur weiteren Verbesserung des Beschichtungsergebnisses ist es außerdem erforderlich, die bereits auf der Oberfläche des Titans vorhandene Titanoxidschicht zu entfernen. Das Verfahren, das üblicherweise zum Plattieren von Kupfer auf Titan verwendet wird, ist wie folgt:
- Verwenden Sie ein Lösungsmittel, um Fett, Schmutz und andere Verunreinigungen vom Untergrund zu entfernen.
- Reinigen Sie das Substrat mit einer alkalischen Lösung.
- Spülen Sie das Substrat mit deionisiertem Wasser.
- Strahlen Sie den Untergrund mit einem Wasserstrahlschlamm ab.
- Spülen Sie das Substrat erneut mit entionisiertem Wasser.
- Führen Sie eine stromlose Nickelbeschichtung auf dem Titan mit der optimalen Dicke durch.
- Reinigen Sie das Substrat mit deionisiertem Wasser.
- Galvanisieren von Kupfer auf Titan in einem Kupferbad auf Säurebasis.
- Reinigen Sie das Substrat mit deionisiertem Wasser.
Schließlich wird vorgeschlagen, während des Plattierens des Kupfers auf das Titan zu brennen, um die Hafteigenschaft zu erhöhen. In einer reduzierenden Atmosphäre sollte die Wärmebehandlung etwa eine Stunde dauern.