Plasmanitrieren

Was ist Plasmanitrieren?

Die Plasmatechnologie ist in erster Linie für rostfreien Stahl und andere niedriglegierte Stähle geeignet, die sich nicht für einen „normalen“ Wärmebehandlungsprozess eignen. Das Verfahren nutzt eine Plasmaentladung von Wasserstoff- und Stickstoffgasen sowohl zur Erwärmung der Stahloberflächen als auch zur Zufuhr von Stickstoffionen für das Nitrieren. Das Plasmanitrieren ist ein etabliertes und erfolgreiches Verfahren, das besonders für präzisionsbearbeitete Teile wichtig ist. Es ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit, der Oberflächenhärte und der Materialermüdung eingesetzt wird.

Das Verfahren

Der Prozess findet in einem Gasgemisch aus Stickstoff und Wasserstoff statt. Falls erforderlich, kann auch ein kohlenstoffabgebendes Gas verwendet werden. Die notwendige Temperatur ist relativ niedrig. Außerdem wird zwischen der Wand des Ofens und seiner Kammer eine Spannung erzeugt. Dies führt direkt zur Erzeugung einer ionisierten Atmosphäre im Ofenraum, dem sogenannten Plasma. Dort treffen die Ionen auf die Oberfläche des Bauteils und erzeugen stickstoffhaltige Nitride. Sobald diese zerfallen, wird die Oberfläche des Materials mit atomarem Stickstoff angereichert. Je nach Zusammensetzung des Gasgemisches können unterschiedliche Oberflächen und Härtegrade erzeugt werden.

Anwendungsgebiete

Plasmanitrieren ist für alle Eisenwerkstoffe sowie für Sinterstähle, Gusseisen und hochlegierte Werkzeugstähle geeignet. Das Verfahren wird insbesondere dann eingesetzt, wenn Bauteile sowohl nitrierte und gehärtete als auch weiche Bereiche enthalten sollen.

Bitte beachten Sie: Wenn das Verfahren bei besonders niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, ändert sich der Korrosionsschutz nicht. Auch Titan- und Nickellegierungen werden plasmanitriert. Die beim Nitrieren dieser Werkstoffe entstehende Hartschicht ist in der Regel relativ dünn (<20 Mikrometer), aber sehr hart und verschleißfest.

Dieses Verfahren mit niedriger Temperatur und geringem Verzug ist in der Automobil-, Luft- und Raumfahrtindustrie sowie im allgemeinen Maschinenbau weit verbreitet und wird bei einer Vielzahl von Bauteilen eingesetzt, z.B. Motornockenwellen, Motorkurbelwellen und Zahnrädern.

Die Komponenten oder Teile werden üblicherweise nitriert, um die Verschleißfestigkeit zu erhöhen. Die Vorteile des Plasma-/Ionennitrierens sind:

Die weiße Verbindungsschicht kann auf ein für die Kundenanforderungen geeignetes Maß minimiert werden
Es wird oft für fertige Teile verwendet, da typischerweise keine weitere Bearbeitung erforderlich ist
Die Diffusionsschicht befindet sich nur auf den freiliegenden Teilen (Sichtlinie) des Bauteils (üblicherweise wird diese durch mechanische Maskierung entsprechend festgelegt)
Möglichkeit, die Maskierung von Kupferplatten durch die Verwendung einfacher mechanischer Masken zu ersetzen
Die mechanische Maskierung ist die beste Option für Bauteile in großen Serien
Die Verschleißfestigkeit wird durch eine diffundierte Hartschicht erzeugt
Möglichkeit, Maßänderungen zu vermeiden und ein einheitliches Schichtgehäuse auf komplexen Geometrien zu erzielen
Verbesserte Ermüdungseigenschaften: Das Verfahren induziert Druckspannungen, wodurch die Dauerfestigkeit verbessert wird
keine Reduzierung der Kernhärte des Grundmetalls oder der Legierung des Bauteils
Fertigstellung an nahezu fertigen Bauteilen, d. h. es ist nur sehr geringes (oder gar kein) Läppen, Polieren oder Schleifen erforderlich
Potenzial zur Reduzierung von Ausschuss durch präzise wiederholbare Zyklen
Möglichkeit, eine Umweltverschmutzung zu vermeiden, da kein giftiges Salz oder giftige Gase verwendet werden