Kontrolliertes Plasmanitrieren von Stählen mit einem Aktivgitter

Abstract

Kurzfassung Das Plasmanitrieren mit einem Aktivgitter ist ein innovatives Nitrierverfahren, das das konventionelle Plasmanitrieren sinnvoll ergänzt und in der Industrie im wachsenden Maße Anwendung findet. Eine Vielzahl frei wählbarer Verfahrensparameter ermöglicht es, den Aufbau nitrierter Randschichten in weiten Grenzen zu verändern und beanspruchungsspezifische Randschichten mit einem definierten Gefüge und definierten Eigenschaften zu erzeugen. Zu den relevanten Verfahrensparametern gehören besonders die Zusammensetzung des Prozessgases und die Steuerung des Flusses aktiver Species mithilfe eines Bias. Durch eine kontrollierte Plasmanitrierung/-nitrocarburierung mit dem Aktivgitter kann das gesamte Spektrum nitrierter Randschichten, beginnend von der Nitrierung ohne Verbindungsschicht über γ'- und ∊-Nitridschichten bis zu ∊-Carbonitridschichten, gezielt erzeugt werden. Auf die Wirkung kohlenstoffhaltiger Prozessgase wird besonders eingegangen. Eine Variation des (CO2: H2)-Verhältnisses im Prozessgas gestattet einen kontrollierten Übergang von einer Plasmanitrocarburierung zu einer Plasmaoxinitrierung. Untersuchungen zu den Mechanismen der Plasmanitrierung mit einem Aktivgitter ergaben, dass in industriellen Anlagen der Mechanismus “Abstäubung und Kondensation” für den Stickstofftransfer keine Rolle spielt. Dagegen ergaben sich Hinweise auf einen Einfluss der Chemisorption auf die Schichtbildung beim ASPN. Geringe Zusätze von Methan zum Prozessgas führen zu einer Aktivierung des Nitrierprozesses auch ohne Anwendung eines Bias.