Oberflächenhärtung durch Nitrieren
Harte Fakten zum Verfahren und seiner Wirkung
Mit dem Terminus Nitrieren bezeichnet man diverse Verfahren der Wärmebehandlung von Stahl, die unter Einsatz von Stickstoff eine Erhöhung der Härte und Korrosionsbeständigkeit bewirken. Wir informieren nachfolgend darüber, welche Arten der Behandlung möglich sind, wo die Vorteile des Nitrierens im Plasma liegen und welche Stähle durch die Behandlung eine besonders widerstandsfähige Oberfläche erhalten.
Stahl härten durch Nitrieren: Das Verfahren
Das Nitrieren ist (wie z. B. auch das Einsatzhärten) ein Verfahren zur Oberflächenhärtung von Stahl. Während beim Einsatzhärten aber Kohlenstoff verwendet wird, spielt beim Nitrieren Stickstoff die Hauptrolle.
Grundsätzlich können drei verschiedene Arten des Nitrierens voneinander unterschieden werden:
- Gasnitrieren (Nitrieren in Ammoniak-Atmosphäre unter leichtem Überdruck)
- Badnitrieren bzw. Salzbadnitrieren (Nitrieren in ionisierter Gasatmosphäre)
- Plasmanitrieren (in ionisierter Gasatmosphäre)
Darüber hinaus kann Stahl z. B. auch durch Nitrocarburieren (Einsatz von Stickstoff und Kohlenstoff) und Carbonitrieren (Sonderform des Einsatzhärtens unter Verwendung von Kohlenstoff und geringen Mengen Ammoniak) behandelt werden.
Charakteristika einer nitrierten Oberfläche
Ziel der Eindiffusion des Stickstoffs in den Stahl ist das Auslösen einer chemischen Randschichtumwandlung und damit das Entstehen der sogenannten Nitrierschicht, die sich aus einer Verbindungsschicht und einer Diffusionsschicht zusammensetzt.
Die äußere Verbindungsschicht besteht aus den Eisennitriden Fe2–3N (stickstoffreich) und Fe4N (eisenreich). Die darunterliegende Diffusionsschicht bzw. Diffusionszone setzt sich aus dem Grundwerkstoff mit ausgeschiedenen Nitriden zusammen.
Für die durch das Nitrieren erzielbare Härte des Werkstoffs gilt folgende Regel: Je mehr nitridbildende Elemente der Stahl enthält, desto höher die Oberflächenhärte. Dies erklärt, weshalb unlegierte Stähle keine so hohe Härte erreichen können wie Nitrier- und hochlegierte Stähle.
Deshalb setzen wir auf die Oberflächenbehandlung im Plasma
Unser Unternehmen hat sich auf das Plasmanitrieren, Plasmanitrocarburieren und Oxidieren von Stahl spezialisiert – und das nicht ohne Grund. Denn gegenüber anderen Formen des Nitrierens punktet die Wärmebehandlung im Plasma mit einer ganzen Reihe von Vorteilen:
- kürzere Behandlungsdauer
- geringere Prozesstemperaturen erforderlich
- Erzeugung einer kompakteren, porenärmeren Verbindungsschicht mit besseren Schichteigenschaften
- Endreinigung und Oberflächenaktivierung der Bauteile erfolgt im Plasma
- keine oder kaum Nacharbeit erforderlich
- schnelle Auftragsrealisierung durch kurze Durchlaufzeiten und Öfen mit unterschiedlicher Kapazität
Das Plasmanitrieren ist ein vakuumgestütztes Verfahren, bei dem zwischen Werkstück (Kathode) und Ofenwand (Anode) ein elektrisches Feld angelegt wird. Das dann zugeführte Behandlungsgas spaltet sich in diesem Feld auf und wird ionisiert. Auf diese Weise bildet sich ein leitfähiges Gas (= Plasma). Die Stickstoffionen im Plasma werden durch den Stromfluss in Richtung Kathode beschleunigt und treffen mit hoher Energie auf die Werkstückoberflächen. Dort bewirken sie unter anderem das Auflösen von Passivschichten im Stahl und die Eindiffusion des Stickstoffs.
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