DE102013010807A1

DE102013010807A1 - Bauteil eines Luftfahrzeuges

Info

Publication number: DE102013010807A1
Application number: DE201310010807
Authority: DE
Inventors: Anton Gaile; Daniel Münter
Original assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Current assignee: LIEBHERR AEROSPACE GmbH; Liebherr Aerospace Lindenberg GmbH
Priority date: 2013-06-27
Filing date: 2013-06-27
Publication date: 2014-12-31
Also published as: WO2014206575A1

Abstract

Bauteil eines Luftfahrzeuges, das teilweise oder vollständig aus einem korrosionsbeständigen Stahl besteht, wobei es sich bei der Oberfläche des Bauteils um eine durch Nitrieren oder Nitrocarburieren erhaltene korrosionsbeständige Randschicht handelt.

Description

Die vorliegende Erfindung betrifft ein Bauteil eines Luftfahrzeuges, das teilweise oder vollständig aus einem korrosionsbeständigen Stahl besteht.
Aus dem Stand der Technik ist es bekannt, bei Anwendungen in der Luftfahrt Bauteile, wie z. B. Kolbenstangen entweder verchromt auszuführen oder mit einer Hartstoffschicht zu versehen. Aufgrund verschiedener Anforderungen ist Hartchrom für Neugeräte nicht mehr einsetzbar. Hartstoffbeschichtungen haben den Nachteil, dass deren Aufbringen in der Praxis vergleichsweise teuer und geometrisch nicht überall möglich ist.
Der vorliegenden Erfindung liegt die Aufgabe zugrunde, ein Bauteil für ein Luftfahrzeug der eingangs genannten Art dahingehend weiterzubilden, dass dieses eine korrosionsbeständige und verschleißfeste Oberfläche aufweist.
Diese Aufgabe wird durch ein Bauteil mit dem Merkmal des Anspruchs 1 gelöst. Danach ist vorgesehen, dass es sich bei der Oberfläche des Bauteils um eine durch Nitrieren oder Nitrocarburieren erhaltene korrosionsbeständige Randschicht handelt.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Bauteil wenigstens teilweise aus einem martensitischen Stahl und besonders bevorzugt aus einem martensitischen PH(Precipitation Hardening)-Stahl besteht.
In einer bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung besteht das Bauteil somit zumindest an seiner Oberfläche teilweise oder vollständig aus korrosionsbeständigem, martensitischen PH-Stahl, der nach dem Nitrieren oder Nitrocarburieren eine verschleißfeste und korrosionsbeständige Oberfläche aufweist.
In weiterer Ausgestaltung der Erfindung handelt es sich bei dem Bauteil um eine Kolbenstange, um ein Anschlussgewinde einer Kolbenstange, um einen Kolben, um einen Ventilblock oder um ein Getriebeteil und insbesondere um dessen Dichtungslauffläche.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass es sich bei dem Bauteil um die Kolbenstange eines Aktuators handelt. Bei dem Aktuator handelt es sich vorzugsweise um einen hydraulischen Luftfahrtgeräteaktuator.
In einer weiteren Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die nietrierte bzw. nitrocarburierte Oberfläche des Bauteils keinen separaten Korrosions-, Fress- oder Verschleißschutz aufweist.
Eine bevorzugte Ausgestaltung der Erfindung besteht darin, durch das Nitrieren oder Nitrocarburieren eine Randschicht bei in der Luftfahrt verwendeten Bauteilen zu erzeugen, die teilweise oder vollständig aus korrosionsbeständigen PH-Stählen bestehen und somit beispielsweise Kolbenstangen für Aktuatoren so zu behandeln, dass diese ohne zusätzlichen Korrosions-, Fress- und Verschleißschutz eingesetzt werden können.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Luftfahrzeug, insbesondere ein Flugzeug, das wenigstens ein Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 aufweist. Bei dem Bauteil kann es sich beispielsweise um eine Kolbenstange eines Aktuators handeln.
Die vorliegende Erfindung betrifft des Weiteren ein Verfahren zur Herstellung eines erfindungsgemäßen Bauteils, wobei die Oberfläche des Bauteils teilweise oder vollständig durch Nitrieren oder durch Nitrocarburieren behandelt wird und korrosionsbeständig ist.
Besonders vorteilhaft ist es, wenn das Nitrieren bzw. Nitrocarburieren in einem Temperaturbereich von 350°C bis 400°C stattfindet. In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung der Erfindung ist vorgesehen, dass die Behandlungsdauer in der Zeitspanne zwischen 10 und 48 Stunden liegt.
Durch die vorgenannten Parameter wird besonders wirksam verhindert, dass es im Rahmen der thermochemischen Behandlung, d. h. im Rahmen des Nitrierens und Nitrocarburierens zu einer ungewollten Chromverarmung der Passivschicht durch z. B. Chromnitritausscheidungen kommt. Durch die o. g. Betriebsparameter kann diese Ausscheidung wirksam verhindert werden und es können beispielsweise Kolbenstangen für Aktuatoren oder sonstige Bauteile mit einer harten und korrosionsbeständigen Randschicht versehen werden.
Weiterhin kann vorgesehen sein, dass das Bauteil endkonturnah dem Prozess des Nitrierens oder Nitrocarburierens zugeführt wird.
Des Weiteren kann vorgesehen sein, dass die durch Nitrieren oder Nitrocarburieren behandelte Oberfläche keiner Nachbehandlung unterzogen wird.
Aufgrund der bevorzugten Ausgestaltung der Erfindung, bei der die Behandlungstemperatur maximal 400°C beträgt, sind keine Verzüge der Bauteile zu erwarten, sodass eine endkonturnahe Zuführung der Bauteile zu dem thermochemischen Prozess des Nitrierens bzw. Nitrocarburierens möglich ist.
Insbesondere ergibt sich ein vergleichsweise einfacher Fertigungsprozess, da das aufwändige Schleifen nach dem Aufbringen der üblichen Verschleißschichten, z. B. Spritzschichten, entfällt. Die erfindungsgemäßen Nitrier- und Nitrocarburierschichten werden in bevorzugter Ausgestaltung der Erfindung nicht nachbehandelt und können sofort eingesetzt werden.
Weitere Einzelheiten und Vorteile der Erfindung werden anhand eines in der Zeichnung dargestellten Ausführungsbeispiels beschrieben. Es zeigen:
1: Eine perspektivische Ansicht eines Servoaktuators für Flächenflugzeuge und
2: eine perspektivische Ansicht einer Kolbenstange.
1 zeigt in einer perspektivischen Ansicht einen Servoaktuator, z. B. zur Verstellung von Hochauftriebssystemen von Flächenflugzeugen. In dem Zylinder 300 des Servoaktuators ist bewegbar die aus 2 ersichtliche Kolbenstange 100 aufgenommen. Im mittleren Bereich der Kolbenstange befindet sich der Kolben 200, der je nach gewünschter Bewegungsrichtung von der einen oder von der anderen Seite mit einem Hydraulikmedium beaufschlagt wird.
Um eine besonders verschleißfeste Kolbenstange zu erhalten, die zudem korrosionsbeständig ist und damit keinen zusätzlichen Korrosionsschutz benötigt, besteht die Kolbenstange wenigstens teilweise aus einem martensitischen PH-Stahl, dessen Oberfläche durch das erfindungsgemäße Tieftemperaturnitrieren oder Tieftemperaturnitrocarburieren behandelt wird.
Das Verfahren wird bei einer Temperatur im Bereich zwischen 350°C und 400°C durchgeführt und für eine Dauer von 10 bis 48 Stunden betrieben.
Durch einen Aktivierungsprozess, wie beispielsweise einer Plasmaaktivierung mittels eine geeigneten Gases kann die Kolbenstange mit einer harten und korrosionsbeständigen Oberfläche bzw. Randschicht versehen werden. Aufgrund der vergleichsweise geringen Temperaturen kann eine Chromnitritausscheidung weitgehend unterdrückt werden und somit auch eine Störung der Passivschicht mittels Lokalelementen.
Das erfindungsgemäße Verfahren kann nicht nur für die Kolbenstange 100 selbst angewandt werden, sondern auch für den Kolben 200. Auch andere Bauteile eines Luftfahrzeuges können mit dem erfindungsgemäßen Verfahren behandelt werden bzw. aus dem erfindungsgegmäßen Werkstoff bestehen.
Durch die vorliegende Erfindung ergibt sich ein einfacher Fertigungsprozess, da das Schleifen oder sonstige Behandeln nach dem Aufbringen der üblichen Verschleißschichten entfällt. Die erzeugten Nitrier- und Nitrocarburierschichten werden in der Regel nicht nachbehandelt und können sofort eingesetzt werden.
Wie bereits oben ausgeführt, besteht bei Behandlungstemperaturen von ≤ 400°C der Vorteil, dass die Bauteile keine Verzüge aufweisen und somit ihre Kontur behalten.
Aufgrund der ausscheidungsfreien Randschichtbehandlung ist vorzugsweise keine zusätzliche Schutzschicht an exponierten Bereichen des fertigen Bauteils vorzusehen. Auch bei der Bauteilvorbereitung ergibt sich ein reduzierter Aufwand zum Beschichten, da kein Abdecken von einzelnen Bereichen notwendig ist. Es können alle Bereiche nitriert bzw. nitrocarburiert werden.
Günstige Prozesskosten ergeben sich daraus, dass Standardanlagen genutzt werden können und keine teuren Zusatzstoffe benötigt werden.
Gewinde und andere Bereiche des Bauteils, die sonst gegen „Fretting” geschützt werden müssen, können einfach mitbehandelt werden, da durch das Nitrieren bzw. Nitrocarburieren der Reibkoeffizient deutlich reduziert wird und somit das Adhäsionsverhalten, d. h. die Fresswahrscheinlichkeit, deutlich verbessert wird. Somit können auch weitere Beschichtungen eingespart werden.
Wie bereits oben ausgeführt, kann es sich bei dem Bauteil um die Kolbenstange eines Betätigungszylinders handeln, der in der Luftfahrt eingesetzt wird. Handelt es sich um eine Kolbenstange, besteht diese vorzugsweise aus einem rostfreien Material.
Werden Anschlussgewinde der Kolbenstange oder eines sonstigen Bauteils mitnitriert bzw. mitnitrocarburiert, wird die Fressneigung der Funktionsflächen verringert.
Die in 2 dargestellte Kolbenoberfläche kann ebenfalls nitriert bzw. nitrocarburiert werden, um ein Fressen des Kolbens im rostfreien Zylinder 300 zu verhindern.
Wie oben ausgeführt, können die Funktionsflächen des Bauteils vor dem Beschichten bzw. vor dem Erzeugen der Randbeschichtung auf Endmaß gefertigt werden und nach dem Beschichten im Wesentlichen umbehandelt bleiben oder nur noch durch ein Polieren fertiggestellt werden.
Die vorliegende Erfindung ist nicht auf Kolbenstangen beschränkt. Auch eine verschleißfeste Oberflächenbeschichtung für Ventilblöcke von Luftfahrtgeräten aus korrosionsfreiem Stahl ist möglich. Auch diese können durch die erfindungsgemäße Behandlung eine korrosionsbeständige Nitrier- bzw. Nitrocarburierschicht erhalten.
Auch ist eine verschleißfeste Oberflächenbeschichtung für Dichtungslaufflächen bei Getriebeteilen aus korrosionsfreiem Stahl denkbar und von der Erfindung mit umfasst. Auch diese können eine korrosionsbeständige Nitrier- bzw. Nitrocarburierschicht erhalten.

Claims

Bauteil eines Luftfahrzeuges, das teilweise oder vollständig aus einem korrosionsbeständigen Stahl besteht, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei der Oberfläche des Bauteils um eine durch Nitrieren oder Nitrocarburieren erhaltene korrosionsbeständige Randschicht handelt.
Bauteil nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil wenigstens teilweise aus einem martensitischen Stahl und besonders bevorzugt aus einem martensitischen PH-Stahl besteht.
Bauteil nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil um eine Kolbenstange, um ein Anschlussgewinde einer Kolbenstange, um einen Kolben, um einen Ventilblock oder um ein Getriebeteil, insbesondere um dessen Dichtungslauffläche handelt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass es sich bei dem Bauteil um eine Kolbenstange eines Aktuators handelt.
Bauteil nach einem der vorhergehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteils keinen separaten Korrosions-, Fress- oder Verschleißschutz aufweist.
Verfahren zur Herstellung eines Bauteils gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, dass die Oberfläche des Bauteils durch Nitrieren oder durch Nitrocarburieren behandelt wird und korrosionsbeständig bleibt.
Verfahren nach Anspruch 6, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren oder Nitrocarburieren in einem Temperaturbereich zwischen 350°C und 400°C und/oder für eine Zeitdauer von 10 bis 48 Stunden erfolgt.
Verfahren nach Anspruch 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Nitrieren oder Nitrocarburieren nach einem Aktivierungsprozess, insbesondere nach einer geeigneten Plasmaaktivierung erfolgt.
Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil endkonturnah dem Prozess des Nitrierens oder Nitrocarburierens zugeführt wird und/oder dass die durch Nitrieren oder Nitrocarburieren behandelte Oberfläche nicht nachbehandelt wird.
Bauteil eines Luftfahrzeuges, dadurch gekennzeichnet, dass das Bauteil gemäß einem Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 9 hergestellt ist.
Luftfahrzeug, insbesondere Flugzeug, dadurch gekennzeichnet, dass das Luftfahrzeug wenigstens ein Bauteil gemäß einem der Ansprüche 1 bis 5 oder 10 aufweist.