Röntgenographische in situ Untersuchungen von Plasmanitrierprozessen

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Hans-Werner Zoch
• Fachliche Zuordnung: Materialien und Werkstoffe der Sinterprozesse und der generativen Fertigungsverfahren
• Förderung: Förderung von 2005 bis 2009
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 15765588

Beim Plasmanitrieren und beim Plasmanitrocarburieren von Stählen liegt im Vergleich mit den entsprechenden Prozessen im Gas ein Kenntnismangel der randschichterzeugenden Elementarprozesse vor, der auch durch eine unzureichende, direkte, experimentelle Beobachtungsmöglichkeit der schichterzeugenden Prozesse verursacht ist. Das Forschungsvorhaben hat daher zum Ziel, durch röntgenographische in situ Analysen während des Plasmanitrierens dieses vorhandene Erkenntnisdefizit zu verringern. Es ist möglich, in einer kleinen, auf einem Röntgendiffraktometer installierten Plasmanitrierkammer, die mit einem röntgenstrahldurchlässigen Fenster versehen ist, die Entstehung einer Verbindungsschicht der Eisennitride während des Plasmanitrierens in situ röntgenographisch zu verfolgen. In der Zukunft muss sowohl die komplexe Messtechnik auf der Seite des Plasmanitrierprozesses, als auch bei den röntgenographischen Analysen deutlich verfeinert werden. Mit den röntgenographischen Analysen soll die Keimbildung der Verbindungsschicht, die zeitliche Entwicklung von ( und (-Phase und die Bestimmung der eigenspannungskorrigierten Linienlagen erfolgen, die geeignet ist, die jeweils die an der Oberfläche zu jedem Zeitpunkt in diesen Phasen vorliegenden Stickstoffgehalte während der gesamten Prozessdauer zu beobachten. Die Untersuchungen sollen an Kohlenstoffstählen 0,1 Ma.-%< C < 1 Ma.-% erfolgen. Bei den Plasmanitrierbehandlungen sind weiter Experimente bei unterschiedlichen Temperaturen und Gaszusammensetzungen geplant. Damit würden dem Plasmanitrierprozess über die Analyse der Nitrierschichteigenschaften die eingeführten Nitrierkennzahlen des Gasnitrierens zu jedem Zeitpunkt des Prozesses gegenübergestellt werden können. Es müssen aber auch die Einzelschritte des Prozesses wie Aufheizen, Behandeln und Abkühlens/Abschrecken separat untersucht werden. Für jeden Einzelschritt sind in situ Analysen durchzuführen und die Versuche nach definierten Zeiten mit einem Abschrecken von Prozesstemperatur zu beenden. Hier können dann unterschiedliche Gaszusammensetzungen und / oder thermisch bzw. mit dem Plasma aufgeheizt werden und die Zeit des Reinigungssputterns variiert werden, die jeweils zu unterschiedlichen Oberflächenzuständen zu Beginn des Wachstums der Verbindungsschicht führen. Hier sollen auch die Widersprüche geklärt werden, die einerseits beim Gasnitrieren die Entkohlung der Randschicht als Folge der Nitieratmosphäre diskutieren und andererseits beim Plasmanitrieren ein Absputtern des Kohlenstoffs als Ursache für die Entkohlung anführen.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen
• Beteiligte Person: Privatdozent Dr.-Ing. Thomas Hirsch