Plasmanitrieren

Was ist Plasmanitrieren?

Die Plasmanitrierung, auch als Ionitrieren bezeichnet, ist ein thermochemisches Verfahren zur Oberflächenhärtung von Metallen. Das Plasmanitrieren ist ein etabliertes und erfolgreiches Verfahren, das besonders für präzisionsbearbeitete Teile wichtig ist. Es ist ein Wärmebehandlungsverfahren, das zur Verbesserung der Verschleißfestigkeit und der Materialermüdung eingesetzt wird.

Plasmanitrieren Verfahren

Das Verfahren nutzt eine Plasmaentladung von Wasserstoff- und Stickstoffgasen sowohl zur Erwärmung der Stahloberflächen, als auch zur Zufuhr von Stickstoffionen für das Nitrieren. Falls erforderlich, kann auch ein kohlenstoffabgebendes Gas verwendet werden. Dann spricht man aber vom Plasmanitrocarburieren.

Die notwendige Temperatur liegt in der Regel zwischen 480 °C bis 520 °C. Es wird zwischen der Innenwand des Ofens und der Bauteile eine Spannung erzeugt. Dies führt zur Erzeugung einer ionisierten Atmosphäre um die Bauteiloberfläche, dem sogenannten Plasma-Saum. Dort treffen die Stickstoffatome auf die Oberfläche des Bauteils und erzeugen stickstoffhaltige Nitride.

Vorteile vom Plasmanitrieren

Das Plasmanitrieren ist eine Behandlung, die oft verwendet wird, um die Verschleißfestigkeit von Komponenten oder Teilen zu verbessern.

Die Vorteile des Plasma-/Ionennitrierens sind:

Die 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
Möglichkeit, eine partielle Behandlung 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 reduzieren und ein einheitliches Schichtgehäuse auf komplexen Geometrien zu erzielen
Verbesserte Ermüdungseigenschaften: Das Verfahren induziert Druckspannungen, wodurch die Dauerfestigkeit verbessert wird
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
Umweltfreundliches Wärmebehandlungsverfahren ohne toxische Abfälle

Geeignete Werkstoffe für das Plasmanitrieren

Die Plasmatechnologie ist in erster Linie für rostfreien Stahl und andere hochlegierte Stähle geeignet, die sich nicht für einen klassischen Gas-Wärmebehandlungsprozess eignen.

Plasmanitrieren ist für alle Eisenwerkstoffe sowie für Sinterstähle, Gusseisen und hochlegierte Werkzeugstähle geeignet. Das Verfahren wird insbesondere dann eingesetzt, wenn Bauteile partiell behandelt werden sollen und eine Pastenabdeckung nicht sinnvoll bzw. unwirtschaftlich ist.

Bei der Behandlung hochlegierter und korrosionsbeständiger Werkstoffe mit niedrigen Temperaturen kann die vorhandene Korrosionsbeständigkeit erhalten bleiben. 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.

Anwendung des Plasmanitrierens in verschiedenen Branchen

Plasmanitrierung findet breite Anwendung in verschiedenen Industriezweigen, insbesondere bei Bauteilen, die hohen Belastungen und Abnutzungen ausgesetzt sind. 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. Motornockenwellen, Motorkurbelwellen, Zahnräder, auch Werkzeuge und Maschinenelemente sowie ähnliche Komponenten profitieren erheblich von den verbesserten Materialeigenschaften durch das Plasmanitrierungsverfahren.

Motornockenwellen
Motorkurbelwellen
Zahnräder
Werkzeuge
Maschinenelemente
Verzahnungsteile

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Häufig gestellte Fragen zum Plasmanitrieren

Welche Bezeichnungen sind für Plasmanitrieren gebräuchlich?

Plasmanitrieren, Plasmanitrocarburieren, Ionitrieren, Puls-Plasmanitrieren, Plasox, Kaltnitrieren oder Plasma-Härten.

Wie funktioniert der Prozess des Plasmanitrierens?

Das Verfahren arbeitet mit einem Stickstoff-Wasserstoff-Gasgemisch als Nitriermedium, das in einem Vakuumofen bei einem Unterdruck von 50 Pa bis 600 Pa mittels einer stromstarken Glimmentladung ionisiert wird.

Gibt es Nachteile oder Einschränkungen beim Plasmanitrieren?

Beim Plasmanitrieren kann nicht die kostengünstigere Variante Schüttgut angewandt werden, zudem gibt es immer Kontaktstellen, die nicht nitriert werden konnten.

Wie unterscheidet sich Plasmanitrieren von anderen Härtungsverfahren?

Während sich bei den klassischen Wärmebehandlungsverfahren die Reaktionen an der Bauteiloberfläche aus der umgebenden Gasphase ergeben, werden beim Plasmanitrieren Reaktionen ausschließlich aus dem hochenergetischen Plasmasaum dargestellt.