Gehemmtes und nicht gehemmtes Wachstum von Schichten aus expandiertem Austenit

• Antragsteller: Professor Dr.-Ing. Horst Biermann; Professor Dr. Andreas Leineweber
• Fachliche Zuordnung: Metallurgische, thermische und thermomechanische Behandlung von Werkstoffen ; Beschichtungs- und Oberflächentechnik
• Förderung: Förderung seit 2022
• Projektkennung: Deutsche Forschungsgemeinschaft (DFG) - Projektnummer 506499554

Ziel des Forschungsprojekts ist die Untersuchung der grundlegenden Aspekte des gehemmten und nicht gehemmten Wachstums von Schichten aus expandiertem Austenit während der plasmagestützten thermochemischen Diffusionsbehandlung von austenitischen nichtrostenden Stählen (ASS) unter Verwendung eines Aktivgitters aus Stahl bzw. aus Kohlenstoff. Der Schwerpunkt liegt auf der Untersuchung einer der wichtigsten Herausforderungen bei der Randschichtbehandlung von AISI 316L ASS mit unterschiedlichen Oberflächenbearbeitungszuständen, nämlich die durch unterschiedliche Mechanismen ausgelöste notwendige Oberflächenaktivierung. Diese Oberflächenaktivierung ist eine Voraussetzung für die Bildung dicker und gleichmäßiger Schichten aus expandiertem Austenit.Die Kombination der Aktivgitter-Technologie mit der thermochemischen Behandlung eröffnet einzigartige Möglichkeiten, wie z. B. die Erzeugung verschiedener Arten reaktiver Spezies je nach Behandlungstyp, einstellbare Spezieskonzentrationen in der Behandlungsatmosphäre durch Variation der Aktivgitter-Plasmaleistung und variable Bias-Plasmaleistung an den behandelten Proben. Diese einzigartigen Optionen eröffnen die Möglichkeit, verschiedene Szenarien für die Oberflächenaktivierung und das Wachstum von Schichten aus expandiertem Austenit beim Plasmanitrieren, Plasmacarburieren und Plasmanitrocarburieren zu entwickeln. Die Wirksamkeit verschiedener Oberflächenaktivierungsmechanismen an AISI 316L und der Einfluss konzentrations- und zeitabhängiger Behandlungen durch das N/C-liefernde Plasma auf die Bildung von expandiertem Austenit werden systematisch untersucht. Dazu wird die Laserabsorptionsspektroskopie für die In-situ-Plasmaanalyse eingesetzt, um die Arten und Konzentrationen der reaktiven Gasspezies zu bestimmen, die durch die Wechselwirkung von Plasma und Materialoberfläche des Aktivgitters entstehen. Diese Daten werden mit der resultierenden Materialreaktion korreliert, wobei oberflächensensitive Techniken sowie eine eingehende Analyse der Mikrostrukturentwicklung, die durch den Einbau von N und/oder C in den expandierten Austenit verursacht wird, eingesetzt werden.Durch die Kombination der Ergebnisse der quantitativen Analysemethoden erhält man ein umfassendes Verständnis des gehemmten und nicht gehemmten Wachstums von Schichten aus expandiertem Austenit. Dieses Wissen ermöglicht die Identifizierung des wirksamsten Oberflächenaktivierungsmechanismus, um ein dickes und gleichmäßiges Wachstum von expandiertem Austenit in Abhängigkeit von der Art der thermochemischen Diffusionsbehandlung und dem Oberflächenbearbeitungszustand des ASS zu erzielen. Darüber hinaus werden die Ergebnisse im Hinblick auf die Erweiterung der derzeitigen Theorien zur Bildung von expandiertem Austenit und im Hinblick auf eine Übertragung auf konventionelle plasmagestützte Behandlungen (ohne Aktivgitter) bewertet.

• DFG-Verfahren: Sachbeihilfen