Das Plasmanitrieren ist ein thermochemisches Verfahren, das die Oberflächeneigenschaften von Metallen, insbesondere von Eisen- und Titanlegierungen, verbessert, indem Stickstoff in die Oberflächenschicht eingebracht wird. Dieses Verfahren wird in einer Niederdruckumgebung durchgeführt, in der ein durch eine Glimmentladung erzeugtes Plasma die Diffusion von Stickstoff in die Metalloberfläche begünstigt. Die so entstehende Nitrierschicht verbessert die Verschleißfestigkeit, die Oberflächenhärte und die Dauerfestigkeit der behandelten Bauteile erheblich.
Mechanismus des Plasmanitrierens:
Der Prozess beginnt mit der Ionisierung von stickstoffhaltigen Gasen in einer Vakuumkammer unter einem elektrischen Gleichstromfeld (DC). Durch diese Ionisierung entsteht ein Plasma, das die Metalloberfläche mit positiven Ionen beschießt. Der Beschuss reinigt nicht nur die Oberfläche, sondern fördert auch die Diffusion von Stickstoff in das Metall, was zur Bildung einer harten Nitrierschicht führt. Diese Schicht enthält Druckspannungen, die zu einer erhöhten Verschleiß- und Ermüdungsfestigkeit beitragen.
- Vorteile des Plasmanitrierens:Verbesserte Oberflächeneigenschaften:
- Durch Plasmanitrieren wird die Oberflächenhärte deutlich erhöht, wodurch das Material widerstandsfähiger gegen Verschleiß, Abrieb und Aufreiben wird. Dies ist besonders vorteilhaft für hochlegierte Stähle, bei denen das herkömmliche Gasnitrieren möglicherweise nicht so effektiv ist.Anpassbare Härteprofile:
- Das Verfahren ermöglicht die Erzeugung von kundenspezifischen Schichten und Härteprofilen durch Anpassung des Gasgemischs und der Plasmabedingungen. Diese Flexibilität ist entscheidend für Anwendungen, bei denen verschiedene Bereiche eines Teils unterschiedliche Härtegrade oder Nitrierungen erfordern.Geringere Umweltbelastung:
- Im Gegensatz zu herkömmlichen Nitrierverfahren, die mit Ammoniak arbeiten, werden beim Plasmanitrieren Stickstoff und Wasserstoff verwendet, was die Umweltbelastung reduziert. Außerdem wird nur das Werkstück und nicht der gesamte Ofen beheizt, was im Vergleich zu Öfen mit kontrollierter Atmosphäre Energie spart.Keine Bildung einer weißen Schicht:
Beim Plasmanitrieren kann die Bildung einer "weißen Schicht", einer spröden Schicht, die sich manchmal bei herkömmlichen Nitrierverfahren bildet, vermieden werden. Dadurch wird sichergestellt, dass die behandelte Oberfläche duktil und zäh bleibt.Anwendungen des Plasmanitrierens:
Das Verfahren ist für eine Vielzahl von Werkstoffen geeignet, darunter Sphäroguss, legierter Stahl, Edelstahl und Titanlegierungen. Es ist besonders nützlich für Bauteile, die hohen mechanischen Belastungen ausgesetzt sind und verbesserte Oberflächeneigenschaften erfordern, ohne die Eigenschaften des Kernmaterials zu beeinträchtigen.
Temperaturregelung beim Plasmanitrieren:
Die Temperaturregelung ist beim Plasmanitrieren von entscheidender Bedeutung, da sie direkten Einfluss auf die Tiefe und Qualität der Nitrierschicht hat. Eine ordnungsgemäße Steuerung gewährleistet ein gleichmäßiges Nitrieren des gesamten Bauteils und verhindert eine Überhitzung, die zu Verformungen oder einer Verschlechterung der Materialeigenschaften führen könnte.
