Die Oxidation bei der Wärmebehandlung ist aufgrund ihrer Auswirkungen auf die Oberflächeneigenschaften von Metallen ein großes Problem.
Sie wird hauptsächlich durch die Reaktion von Metallen mit Sauerstoff und anderen reaktiven Gasen bei hohen Temperaturen verursacht.
Diese Reaktion führt zur Bildung von Oxidschichten auf der Metalloberfläche, die die Eigenschaften des Metalls verändern und es härter oder weicher machen können.
Das Ausmaß der Oxidation kann durch hohe Temperaturen verstärkt werden, die die Reaktionsgeschwindigkeit zwischen dem Metall und den atmosphärischen Gasen beschleunigen.
Ausführliche Erläuterung:
1. Reaktion mit atmosphärischen Gasen
Wenn Metalle erhitzt werden, werden sie reaktionsfreudiger.
Das Vorhandensein von Sauerstoff, Feuchtigkeit und anderen Gasen in der Luft kann zu einer Oxidation führen.
Der Sauerstoff reagiert mit der Metalloberfläche und bildet Metalloxide, die die Oberflächeneigenschaften des Metalls, wie z. B. seine Härte oder Farbe, verändern können.
Dies ist besonders problematisch bei Verfahren wie Glühen, Sintern und Löten, bei denen eine genaue Kontrolle der Metalleigenschaften entscheidend ist.
2. Hochtemperatureffekte
Die Zufuhr von Wärme macht das Metall nicht nur reaktionsfähiger, sondern erhöht auch die Beweglichkeit der Atome innerhalb des Metalls, was den Oxidationsprozess begünstigt.
Hohe Temperaturen können auch dazu führen, dass bestehende Oxidschichten abgebaut werden, wodurch das frische Metall einer weiteren Oxidation ausgesetzt wird.
Aus diesem Grund sind Hochtemperaturverfahren anfälliger für Oxidationsprobleme.
3. Techniken zur Vorbeugung
Um die Oxidation abzuschwächen, werden verschiedene Techniken eingesetzt:
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Vakuum-Wärmebehandlung: Indem alle Luft und reaktiven Elemente in einer Vakuumkammer entfernt werden, können Metalle erhitzt werden, ohne Sauerstoff oder anderen reaktiven Gasen ausgesetzt zu sein. Diese Methode ist besonders effektiv bei Metallen, die bei hohen Temperaturen sehr reaktiv sind, wie z. B. Titan.
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Wärmebehandlung in kontrollierter Atmosphäre: Dabei wird die Luft in der Wärmebehandlungskammer durch eine nicht reaktive Atmosphäre wie Stickstoff oder Argon ersetzt. Diese Gase reagieren nicht mit dem Metall und verhindern so die Oxidation.
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Wasserstoff-Atmosphären: Wasserstoff kann mit dem vorhandenen Sauerstoff reagieren und ist daher nicht reaktionsfähig mit dem Metall. Diese Methode ist wirksam, eignet sich aber nicht für alle Metalle, insbesondere nicht für solche, die mit Wasserstoff reagieren.
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Bäder mit geschmolzenem Salz: Einige Wärmebehandlungen werden in Bädern mit nicht reaktiven geschmolzenen Salzen durchgeführt, die eine schützende Umgebung gegen Oxidation bieten können.
4. Auswirkungen auf die Metalleigenschaften
Die Oxidation kann zu einer Oberflächenschicht auf dem Metall führen, die sich in ihren Eigenschaften von der des Grundmaterials unterscheidet.
Dies kann dazu führen, dass ein Bauteil in Bezug auf seine Härte oder andere mechanische Eigenschaften nicht einheitlich ist, was sich auf seine Leistung und Haltbarkeit auswirken kann.
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