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Kontrolliertes Plasmanitrieren von Stählen mit einem Aktivgitter

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Published/Copyright: August 14, 2013
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HTM Journal of Heat Treatment and Materials
From the journal HTM Journal of Heat Treatment and Materials Volume 68 Issue 3

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.

Abstract

Plasma nitriding with an active screen is an innovative process which complemented the conventional plasma nitriding technology and is increasingly being used in industry. By a wide range of freely selectable process parameters, it enables to change the structure of nitrided surface layers within wide limits and to generate load specific surface layers with a defined structure and defined properties. Important process parameters include the composition of the process gas and the control of the flow of active species with the aid of a bias. By a controlled plasma nitriding/nitrocarburizing with the active screen the full range of nitrided surface layers can be created. Starting from nitriding without a compound layer over γ'- and ∊-nitride layer up to ∊-carbonitrides. The influence of carbon containing gas mixtures receives special attention. A variation of CO2: H2 ratio in the process gas allows a controlled transition from a plasma nitrocarburizing to a plasma oxinitriding. An investigation of the mass transfer mechanisms in industrial ASPN system, showed that the mechanism “sputtering and condensation” plays no role for the transfer of nitrogen. By contrast, there are indications of the influence of chemisorption on the layer formation. Small additions of methane gas to the process leads to an activation of the nitriding process, without the use of a bias.

Schlüsselwörter:: Plasmanitrieren/nitrocarburieren mit Aktivgitter; Plasmaoxinitrieren; kontrolliertes Plasmanitrieren; Massenspektrometrie
Keywords:: Active screen plasma nitriding/nitrocarburizing; plasma oxinitriding; controlled plasma nitriding; mechanisms of active screen plasma nitriding
2 (Kontakt/Corresponding author)

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Online erschienen: 2013-08-14
Erschienen im Druck: 2013-06-26

© 2013, Carl Hanser Verlag, München

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https://doi.org/10.3139/105.110186
Keywords for this article
Active screen plasma nitriding/nitrocarburizing; plasma oxinitriding; controlled plasma nitriding; mechanisms of active screen plasma nitriding

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