Neue Qualitätsmaßstäbe in der Wärmebehandlung
INOX-Beschichtung

Die Kombination von Plasmanitrocarburieren und Oxidieren erhöht die Korrosionsbeständigkeit von Stahl deutlich. Häufig spricht man bei der Verfahrenskombination von der INOX-Beschichtung. Eigentlich handelt es sich jedoch um eine Randschichtumwandlung und keine Beschichtung. Durch die Behandlung entsteht eine 2–3 µm dünne Oxidschicht aus Fe3O4 (Magnetit), die der Oberfläche ein anthrazitfarbenes bis schwarzes Aussehen verleiht und sie deutlich weniger anfällig für Rost macht. Werden die Werkstücke im Anschluss an die Wärmbehandlung geölt, lässt sich eine tiefschwarze Oberfläche erreichen.

Anwendungsgebiete des Verfahrens

Das Verfahren findet unter anderem Anwendung bei:

• Hydraulikkomponenten, Hydraulikzylinder & Kolben (Neuanfertigung und Zylinderreparatur)
• Förderschnecken & Pumpenräder
• Werkzeuge & Werkzeughalter
• Ventile, Düsen & Rückstromsperren
• Zahnräder & Kettenräder (zur Verbesserung des Einlaufverhaltens)
• Formen, Umformwerkzeuge, Stempel & Matrizen
• Bauteile für den Maschinenbau
• Bestandteile von Waffen
• Motorteile, Nockenwellen & Kurbelwellen
• Getriebeteile, Spindeln, Achsen, Wellen & Kupplungen

Die Verfahrenskombination von Plasmanitrocarburieren und Oxidieren stellt in vielen Anwendungsgebieten eine geeignete Alternative zu galvanischen Schichten (Chrom, Chromatieren, Zinn, Zink, etc.), Phosphatieren oder Brünieren dar.

Ablauf und physikalische Grundlage

Die Nachoxidation ist eine dem Nitrieren bzw. Nitrocarburieren folgende Behandlungsstufe, bei der unter Zuhilfenahme eines Sauerstoffspenders eine Oxidschicht auf der Werkstoffoberfläche erzeugt wird. Ziel dieser Schicht ist es, die Korrosionsbeständigkeit gegenüber der Nitrierbehandlung zusätzlich zu erhöhen. Das vorherige Nitrieren oder Nitrocarburieren der Werkstoffe ist für den Nachoxidationsprozess unbedingt notwendig, um eine ausreichende Ausbildung der Oxidschicht zu gewährleisten.

Beim Nitrieren wird Stickstoff in die Randschicht eindiffundiert. Wird neben dem Stickstoff auch Kohlenstoff eingebracht, spricht man vom Nitrocarburieren. Der Aufbau der resultierenden Schichten ist in vielen Teilen ähnlich. An der Oberfläche befindet sich die Verbindungsschicht, welche wenige μm dünn ist. Direkt darunter ist die Diffusionsschicht gelegen, welche im Gegensatz zur oberen Schicht mehrere hundert μm dick ist. Die Ausbildung der Schichten wird durch die Legierungselemente des Grundmaterials und die eingebrachten Teilchen des Behandlungsmediums bedingt. Dabei sind typische Nitridbildner u. a. die Legierungselemente Chrom (Cr), Aluminium (Al) und Molybdän (Mo). Die Elemente Mangan (Mn), Vanadium (V) und Titan (Ti) neigen eher zur Carbildausbildung.

Weiterhin entsteht die Oxidschicht maßgeblich durch eine Umwandlung der oberen Bereiche einer vorher erzeugten Verbindungsschicht. Die bei der Oxidation entstehenden freien Eisenmolekühle und die Eisennitride der Verbindungsschicht bilden in Verbindung mit dem Sauerstoffspender ein stabiles Eisenoxid. Diese entstehende 1–2 μm dicke Oxidschicht ist chemisch widerstandsfähig. Zur Erzielung einer hohen Korrosionsbeständigkeit wird ein reines Magnetit (Fe3O4) angestrebt.

Eine Nachoxidation wird als letzter Verfahrensschritt direkt nach dem Plasmanitrieren bzw. Plasmanitrocarburieren durchgeführt. Durch einen zusätzlichen Behandlungsschritt und das anschließende Abkühlen in einer oxidierenden Atmosphäre wird die oberste Lage der erzeugten Verbindungsschicht in eine schützende Oxidschicht umgewandelt. Danach darf keine weitere Bearbeitung des Teiles erfolgen.

Effekt und Vorteil des Verfahrens

Der Aufbau der oben beschriebenen Schichten führt zu einer Erhöhung des Widerstandes gegenüber tribologischen und dynamisch mechanischen Beanspruchungen. Dies hat zur Folge, dass eine Verbesserung der Korrosionsbeständigkeit und der Verschleißresistenz eintritt. Durch eine anschließende Oxidation wird vor allem die Korrosionsbeständigkeit nochmals erhöht. Die zuvor ausgebildete Verbindungsschicht ist für die Weiterbehandlung notwendig, da die zu bildende Oxidschicht auf Eisennitrid besseren Halt findet als auf Ferrit.

Durch das Oxidieren lässt sich im Salzsprühversuch eine Beständigkeit von bis zu 300 h (je nach Gestalt der behandelten Teile) nachweisen. Die Anwendung des Verfahrens ist insbesondere als zusätzliche Behandlung plasmanitrierter Teile aus niedriger legierten Werkstoffen sinnvoll, die sowohl verschleiß- wie korrosionsbeständig sein müssen (z. B. Getriebespindeln, Hydraulikzylinder oder verschiedene Fahrzeugteile).

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