Plasmanitrieren

Plasmanitrieren ist ein thermochemisches Randschichtverfahren, das durch Ausbildung einer harten Oberflächenschicht eine Erhöhung der Oberflächenhärte, des Verschleißwiderstands und der Dauerfestigkeit bewirkt.

Vorteile

Plasmanitrieren bietet im Vergleich zu Gasnitrierverfahren zusätzliche Vorteile. Insbesondere bei hochlegierten Stählen kann mit dem Plasmanitrieren eine harte Oberflächenschicht gebildet werden, die den Verschleißwiderstand und die Abriebfestigkeit verbessert und dem Werkstoff eine hohe Resistenz gegen Reibverschweißung verleiht. Durch die Ausbildung von Druckspannungen in der Werkstoffoberfläche wird darüber hinaus die Dauerfestigkeit verbessert. Plasmanitrieren kommt bevorzugt bei Bauteilen zur Anwendung, die sowohl nitrierte als auch nicht-nitrierte Bereiche aufweisen sollen, da sich hier einfach Bereiche abdecken lassen und somit vor dem Nitrieren geschützt werden können. Da beim Plasmanitrieren auch die Möglichkeit besteht, eine Diffusionsschicht ohne Verbindungsschicht zu bilden, kommt dieses Verfahren oft im Vorfeld zur PVD/CVD-Beschichtung zum Einsatz. Auf diese Weise können die Beschichtungen und die Härtebilder individuell angepasst werden.

Anwendungsbereiche

Typische Anwendungsgebiete umfassen Getriebe, Kurbelwellen, Nockenwellen, Nockenstößel, Ventilkomponenten, Extruderschnecken, Druck-Form-Guß-Werkzeuge, Schmiedegesenke, Werkzeuge zur Kaltumformung, Einspritzdüsen, Kunststoff-Spritzwerkzeuge, lange Wellen, Achsen, Kupplungen und Motorteile. Wenn partielles Härten erforderlich ist, werden Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren oft den entsprechenden Gasverfahren vorgezogen.

Plasmanitrieren eignet sich für alle Eisenwerkstoffe und sogar für Sinterstähle mit hoher Porosität, Gusseisen und hochlegierte Werkzeugstähle, auch wenn diese mehr als 12% Chrom enthalten. Auch rostfreie Stähle und nickelbasierte Legierungen können plasmanitriert werden. Wird das Verfahren bei niedrigen Temperaturen durchgeführt, wird der Korrosionswiderstand nur geringfügig beeinträchtigt. Plasmanitrieren eignet sich auch für spezielle Behandlungen von Titan- oder Aluminiumlegierungen. Für große Maschinenteile, die einer hohen Belastung ausgesetzt sind, eignet sich der Einsatz von speziellen chrom- oder aluminiumlegierten Nitrierstählen. Werden diese plasmanitriert, so kann eine Oberflächenhärte von über 1000HV erreicht werden.

Prozessdetails

Plasmanitrieren oder Plasmanitrocarburieren ist ein modernes thermochemisches Verfahren, das in einem Gasgemisch aus Stickstoff, Wasserstoff und einem kohlenstoffspendenden Gas (optional) durchgeführt wird. Bei diesem Niedrigtemperaturverfahren wird eine Hochspannung zwischen der Charge und der Ofenwand angelegt. Ein Glimmsaum mit hoch ionisiertem Gas (Plasma) wird um die Bauteiloberfläche erzeugt. Die positiv geladenen Ionen treffen auf die Bauteiloberfläche in der Ofenkammer, was zur Ausbildung stickstoffreicher Nitride führt, die bei ihrem Zerfall die Bauteiloberfläche mit atomarem Stickstoff anreichern. Wenn bestimmte Bauteilbereiche weich bleiben sollen, können diese ganz einfach abgedeckt werden. Mit dem Plasmanitrieren kann die Bauteiloberfläche den angestrebten Eigenschaften entsprechend modifiziert werden. Durch die Variation des Gasgemischs können unterschiedliche Stahloberflächen und Härteprofile erzielt werden. Das Spektrum reicht von Oberflächen ohne Verbindungsschicht mit geringem Stickstoffgehalt und bis zu 20 Mikrometer Dicke, bis hin zu Oberflächen mit einer Verbindungsschicht, hohem Stickstoffgehalt und Kohlenstoffeinlagerungen (Plasmanitrocarburieren). Da Plasmanitrieren/Plasmanitrocarburieren in einem großen Temperaturbereich angewendet werden kann, ist es für ein weitaus größeres Anwendungsspektrum als das Gasnitrieren/Gasnitrocarburieren oder Salzbadverfahren geeignet.