3. Aufbau der Plasmanitrierschicht

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Eine Plasmanitrierschicht besteht im Allgemeinen, ähnlich den von anderen Nitrierverfahren bekannten Schichten, aus einer Verbindungsschicht und einer darunterliegenden Diffusionsschicht.

Strukturen nitrierter Schichten

Im mikroskopischen Aufbau unterscheiden sich plasmanitrierte Randschichten jedoch deutlich von den durch herkömmliche Verfahren erzielte Schichten. Besonders die Struktur der Verbindungsschichten kann unterschiedlich - entsprechend den Anforderungen - eingestellt werden. Das Bild oben zeigt das Gefüge von Nitrierschichten am Beispiel des Warmarbeitsstahls X40CrMoV51 (=1.2344).

Die in der Mitte abgebildete Epsilon-phasige Verbindungsschicht entsteht beim Plasmanitrocarburieren. Sie ist auch vom Badnitrieren her bekannt, allerdings nicht mit so einer guten Kompaktheit und Porenfreiheit wie beim Plasmanitrieren. Die Stärke liegt bei 5-15 MÜE-m.

Die linke Abbildung zeigt die einphasige Gamma-Verbindung, die durch die Begrenzung des Stickstoffgehalts entsteht. Die Verbindungsschicht besteht aus dem kubisch - flächenzentrierten Eisennitrid FE4N. Nur mit dem Plasmanitrieren kann man industriell diese Verbindungsschicht erzeugen. Sie besitzt sehr gute Verschleiß- und Zähigkeitseigenschaften und wird deshalb bei Werkzeugen und Maschinenteilen für die Kunststoffverarbeitung der Epsilon-Phase vorgezogen. Die Stärke liegt bei 5-8 MÜE-m.

Das rechte Bild zeigt eine reine Diffusionsschicht, die durch noch niedrigeren Stickstoffgehalt entsteht. Auch dieser Schichtaufbau ist eine Spezialität des Plasmanitrierens und eignet sich besonders für hochlegierte Stähle.

Die Härte der Diffusionsschicht hängt im Wesentlichen von den Legierungselementen der Stähle ab. Zu einer erheblichen Härtesteigerung der Diffusionsschicht tragen Aluminium, Chrom, Wolfram, Molybdän, Vanadium und Titan bei. Die Dicke der Diffusionsschicht hängt von der Temperatur und Behandlungszeit ab.

Das Bild unten zeigt den Härteverlauf innerhalb der Diffusionsschicht des Stahles 16MnCr5 (=1.7131) nach verschiedenen Plasmanitrierbehandlungen.

Verlauf der Härte