Plasmanitrieren

Definition

Beim Ion- oder Plasmanitrieren im Gas wird die Randschicht eines Werkstoffes mit Stickstoff angereichert.

Verfahren

Beim Ion- oder Plasmanitrieren werden die zu behandelnden Werkstücke in Vakuumretorten eingebracht, welche mit einem Stickstoff-Wasserstoff-Gemisch als Behandlungsgas gespeist werden. Durch Anlegen einer Spannung wird zwischen den kathodisch geschalteten Bauteilen und der anodisch geschalteten Retorte ein Plasma gezündet. Die ionisierten Stickstoffmolekülen treffen mit hoher kinetischer Energie auf die Werkstücke auf und diffundieren unter Bildung von Sondernitriden in die Oberfläche ein - wie beim Gasnitrieren.

Dank der hohen kinetischen Energie der aufgeschossenen Stickstoffmoleküle ist mit diesem Verfahren auch das Nitrieren von rostfreien Stählen wie beim Salzbadnitrieren möglich, da die passive Chromoxidschicht zerstört werden kann.

Vorteile

Geringste Massänderung:

Da während der Plasmanitrierung keine Gefügeumwandlung des Grundwerkstoffes eintritt und die thermischen Spannungen infolge langsamer Erwärmung und Abkühlung sehr gering sind, sind keine nennenswerten Massänderungen zu erwarten. Lediglich die, infolge der Nitridbildung in der Randzone auftretenden Druckspannungen führen zu leichten Massänderungen. Bei besonderen Geometrien (wie z.B. Ringe) können grössere Massänderungen auftreten (Werkstück wird im Umfang grösser: Innen- und Aussendurchmesser wachsen). Bitte lassen Sie sich in solchen Fällen beraten.

Gute Oberflächenhärte:

Die Oberflächenhärte nimmt bei der Plasmanitrierung drastisch zu. Die Härte in der nitrierten Zone und im Grundwerkstoff wurde mit einem Kleinlastprüfgerät nach Vickers (Diamantpyramide) mit einer Prüflast von 50 g gemessen. Die maximal gemessene Härte bei einem X32CrMo17 Stahl betrug 1250 HV 0,05 kg/mm². (Grenzwerte nach Vickers sind 3 für Blei bis 1500 für Keramiken). Werkstoffe mit nitridbildenden Elementen (z.B. Aluminium, Chrom, Molybdän, Vanadium) weisen eine höhere Nitrierhärte auf, jedoch reduziert sich die mögliche Stickstoffeindringtiefe mit zunehmendem Legierungsgehalt. Die Nitrierschichten bestehen aus Verbindungs- Ausscheidungs- und Diffusionsschichten.

Hohe Verschleissfestigkeit:

Durch die weitgehende Abbindung des Eisens und der Legierungselemente an der Oberfläche nimmt die Verbindungszone nichtmetallischen Charakter an. Dadurch wird bei Gleitprozessen eine Paarung Nichtmetall/Metall hergestellt, die ein Kaltverschweissen und Verkleben verhindert und dadurch die Verschleissfestigkeit erhöht. Ein Nebeneffekt ist, der bei diesen Paarungen auftretende, niedrige Reibwert.

Gute Steifigkeit:

Durch die beachtliche Erhöhung der Oberflächenhärte bei der Plasmanitrieren wird auch eine grössere Formsteifigkeit erzielt. Daraus ergibt sich eine höhere Sicherheit gegen Verbiegung oder Verwerfung.

Weitere Eigenschaften:

Die Gleiteigenschaften und die Verschleissfestigkeit bleiben bis zu Temperaturen von 500 °C sowie kurzfristig auch darüber erhalten. Da die Verbindungszone ein schlechterer Wärmeleiter ist als der Grundwerkstoff, erhitzt sich dieser nicht so schnell wie ohne Plasmanitrierung.
 

• Hohe Reproduzierbarkeit der Nitrierergebnisse
• Reduzierung der Reibkoeffizienten
• Wärmebeständigkeit der Plasmanitrierschicht bis 500 °C
• silber-grauer Farbton

Angaben

Zur Durchführung der Ion- oder Plasmanitrierung benötigen wir folgende Angaben:

• Werkstoffsbezeichnung
• Vorherige Wärmebehandlung

Nitrierhärtetiefe (Nht) in mm oder Dicke der Verbindungsschicht in µm (VS)

Anlieferzustand:

• frei von Anlauffarben
• frei von Zunder
• frei von Eigenrost/Fremdrost
• frei von organischen Verunreinigungen wie Ölen.
• Sonst werden die Teile von uns gewaschen.

Bei einer vorherigen Wärmebehandlung muss ein Anlassen oder ein Entspannen mit abgeschlossen werden. Die Temperatur der vorherigen Behandlung muss mindestens 20°C höher sein als die der Nitrierbehandlung.

Achtung! Werkstücke können sonst beschädigt werden.

Werkstoffe

Geeignete Werkstoffe sind hauptsächlich:

• Alle Guss- und Stahlqualitäten. Für hohe Härten mindestens mit den Legierungselementen Aluminium und Chrom
• Sintereisenwerkstoffe