Verhalten von Stählen beim Plasmanitrieren mit einem Aktivgitter∗

H.-J. Spies; H. Le Thien; H. Biermann

doi:10.3139/105.100346

Article

Verhalten von Stählen beim Plasmanitrieren mit einem Aktivgitter∗

H.-J. Spies , H. Le Thien and H. Biermann

Published/Copyright: May 11, 2013

Published by

Become an author with De Gruyter Brill

Submit Manuscript Author Information

From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 60 Issue 4

Kurzfassung

Beim Plasmanitrieren mit einem Aktivgitter (ASPN) wird die Glimmentladung vom Bauteil auf ein den Innenraum des Rezipienten umschließendes flexibles Metallgitter verlagert, an dem dadurch ein hoch reaktionsfähiges Prozessgas erzeugt wird. Das aktive Gitter dient gleichzeitig als warme Wand, welche die bei der Entladung entstandene Wärme auf das Chargiergut überträgt. Das Verhalten von Stählen unterschiedlicher chemischer Zusammensetzung wurde beim ASPN in Abhängigkeit von wesentlichen Prozessparametern untersucht. Eisenwerkstoffe lassen sich bei optimalen Prozessparametern auch ohne Glimmentladung an der Probenoberfläche nitrieren. Das Anlegen einer Vorspannung an die zu nitrierenden Proben führt zu einer gleichmäßigeren Nitrierung. Die Mechanismen für den Stoffübergang beim ASPN werden diskutiert.

Abstract

At active screen plasma nitriding (ASPN) the glow discharge is shifted from the components to a large metal screen, which is placed in the nitriding chamber surrounding the parts to be treated. Thereby a highly reactive process gas is produced on the screen. The active screen acts as a hot wall, which transfers the heat produced by the discharge to the load. The behaviour of steels with different chemical composition at the ASPN was investigated in dependence of essential process parameters. Ferrous materials were nitrided without glow discharge on the surface of the samples. A bias voltage subjected to the samples yields a more uniform nitriding. The mechanisms for mass transfer in ASPN are discussed.

Prof. Dr.-Ing. Heinz-Joachim Spies, geb. 1934, studierte Eisenhüttenkunde an der Bergakademie Freiberg. Nach Abschluss des Studiums im Jahre 1958 arbeitete er in der Edelstahlindustrie. Von 1974–1999 war er Professor für Werkstoffeinsatz an der TU Bergakademie Freiberg.

Dipl.-Ing. Hoang Le Thien, geb. 1972, studierte Werkstofftechnik an der TU Bergakademie Freiberg. Nach dem Abschluss des Studiums im Jahre 1996 arbeitete er in den Firmen ETC Chemnitz GmbH und Salzgitter Antriebstechnik GmbH bis 2002. Seit 2002 ist er Wissenschaftlicher Mitarbeiter am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg.

Prof. Dr.-Ing. Horst Biermann, geb.1963, studierte Werkstoffwissenschaften an der Universität Erlangen-Nürnberg. Nach Abschluss des Studiums im Jahre 1989 arbeitete er am Institut für Werkstoffwissenschaften, Lehrstuhl I, als Wissenschaftlicher Mitarbeiter und Assistent und nach der Habilitation im Jahre 1999 als Oberassistent. Seit 2000 ist er Professor und Direktor des Instituts für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg.

∗

Überarbeiteter Vortrag, gehalten von H. Le Thien auf dem 60. HK, Kolloquium für Wärmebehandlung, Werkstofftechnik, Fertigungs- und Verfahrenstechnik, 6.-8. Okt. 2004 in Wiesbaden.

Literatur

1. Wilhelmi, H.; Strämke, S.; Pohl, H.-C.: Nitrieren mit gepulster Glimmentladung. Härterei-Techn. Mitt.37 (1982) S. 263–269Search in Google Scholar

2. Grün, R.; Günther, H.-J.: Puls-Plasma-Diffusionsbehandlung. Fachber. Hüttenprax. Metallweiterverarb.25 (1987) S. 790–795Search in Google Scholar

3. Georges, J.: Nitriding process and nitriding furnace therefore. US Patent 5989363, No 23. Plasma Metal SA, Luxemburg, 1999Search in Google Scholar

4. Georges, J.: TC plasma nitriding. Proc. 12^th Congr. IFHTSE, 29.10.-02.11.00, Melbourne, Australien, Vol. 3, 2000, S. 229–235Search in Google Scholar

5. Georges, J.; Cleugh, D.: Active screen plasma nitriding. In: Stainless Steel 2000 – Thermochemical Surface Engineering of Stainless Steel, Bell, T.; Akamatsu, K. (Hrsg.). The Institute of Materials, UK, 2001, S. 377–387Search in Google Scholar

6. Bell, T.; Li, C. X.: Recent development in active screen plasma nitriding. Proc. 2^nd Asian Conf. on Heat Treatment of Materials, 07.-10.09.01, Matsue, Japan. The Japan Society of Heat Treatment, 2001Search in Google Scholar

7. Li, C. X.; Georges, J.; Li, X. Y.: Active screen plasma nitriding of austenitic stainless steel. Surface Engineering18 (2002) 6, S. 453–45810.1179/026708402225006240Search in Google Scholar

8. Li, C. X.; Bell, T.: Principles, mechanisms and applications of active screen plasma nitriding. Heat Treatment of Metals30 (2003), S. 1–7Search in Google Scholar

9. Schiller, S.; Heisig, U.; Goedicke, K.: Ionenplattieren – Ein neues Verfahren der Vakuumbeschichtung. Vakuum-Technik25 (1976), S. 65–72Search in Google Scholar

10. Spies, H.-J.; Eckstein, C.; Zimdars, H.: Korrosionsverhalten und Randgefüge nichtrostender Stähle nach einer Tieftemperaturnitrierung. HTM Z. Werkst. Wärmebeh. Fertigung57 (2002), S. 409–414Search in Google Scholar

11. Kölbel, J.: Die Nitridschichtbildung bei der Glimmentladung. Forschungsbericht des Landes NRW, Nr. 1555; Westdeutscher Verlag, Köln, 196510.1007/978-3-663-07023-8Search in Google Scholar

12. Hudis, M.: Study of ion-nitriding. J. Appl. Phys.44 (1973), S. 1489–149610.1063/1.1662398Search in Google Scholar

13. Tibbetts, G. G.: Role of nitrogen atoms in ion-nitriding. J. Appl. Phys.45 (1974), S. 5072–507310.1063/1.1663186Search in Google Scholar

14. Szabo, A.; Wilhelmi, H.: Zum Mechanismus der Nitrierung von Stahloberflächen in Gleichspannungsglimmentladungen. Härterei-Techn. Mitt.39 (1984) S. 148–154Search in Google Scholar

15. Rolinski, E.: Mechanism of high-temperature plasma nitriding of titanium. Mater. Sci. Eng.100 (1988), S. 193–19910.1016/0025-5416(88)90256-XSearch in Google Scholar

16. Czerwiec, T.; Michel, H.; Bergmann, E.: Low-pressure, high-density plasma nitriding: mechanisms, technology and results. Surf. Coat. Technol.108–109 (1998), S. 182–19010.1016/S0257-8972(98)00555-6Search in Google Scholar

17. Michel, H.; Czerwiec, T.; Gantois, M.; Ablitzer, D.; Ricard, A.: Progress in the analysis of the mechanisms of ion nitriding. Surf. Coat. Technol.72 (1995), S. 103–11110.1016/0257-8972(94)02339-5Search in Google Scholar

18. Walkowicz, J.: On the mechanisms of diode plasma nitriding in N₂-H₂ mixtures under DC-pulsed substrate biasing. Surf. Coat. Technol.174–175 (2003), S. 1211–1219.10.1016/S0257-8972(03)00656-XSearch in Google Scholar

19. Salas, O.; Figueroa, U.; Oseguera, J.: Spatial distribution of active species during post-discharge nitriding. Surf. Eng.14 (1998), S. 315–319Search in Google Scholar

20. N. N.: Aktiver Stickstoff. In: Gmelins Handbuch der Anorganischen Chemie, 8. neu bearb. Aufl. Verlag Chemie, Berlin, 1936, S. 257–282Search in Google Scholar

21. Wright, A. N.; Winkler, C. A.: Active nitrogen. Academic press, New York, 1968Search in Google Scholar

22. Xu, B.; Zhang, Y.: Collision dissociation model in ion nitriding. Surf. Eng.3 (1987), S. 226–232Search in Google Scholar

23. Bollinger, H.; Bücken, B.; Wilberg, R.: Untersuchungen zum Glimmnitrieren von Titan. Metalloberfläche31 (1977), S. 329–333Search in Google Scholar

24. Rie, K.-T.; Lampe, T.: Thermochemical surface treatment of titanium and titanium alloy Ti-6Al-4V by low energy nitrogen ion bombardment. Mater. Sci. Eng.69 (1985), S. 473–481.10.1016/0025-5416(85)90349-0Search in Google Scholar

Online erschienen: 2013-05-11

Erschienen im Druck: 2005-08-01

You are currently not able to access this content.

Articles in the same Issue

https://doi.org/10.3139/105.100346