Grundlagen des Nitrierens und Plasmanitrierens

 Begriffsbestimmung

Als Nitrieren wird nach DIN EN 10 052 das thermo-chemische Behandeln zum Anreichern der Randschicht eines Werkstückes mit Stickstoff bezeichnet.

 

Schädingungs-/Verschleißmechanismen

Die Beanspruchung von Randschichten lässt sich stark vereinfacht durch drei Schädigungsmechanismen charakterisieren:

  • Korrosion - Physikalische oder chemische Reaktion des Werkstücks mit seiner Umgebung
  • Verschleiß (abrasiv, adhäsiv) - Materialverlust durch mechanische Beanspruchung eines Bauteils
  • Ermüdung - Versagen eines Bauteils durch Rissbildung in folge einer Schwell-/Wechselbeanspruchung

 

Schädigungsmechanismen treten in der Regel selten allein, sondern meist mit komplexen Wechselwirkungen auf. Damit kann die obige Übersicht lediglich eine erste Orientierung geben. Es ergeben sich entsprechend der jeweiligen Beanspruchungsart nachstehende Anforderungen an die Eigenschaften der Randschicht um die Beanspruchung optimal zu ertragen:

Abrasion:

Zur Vermeidung von Abrasion benötigt man hohe Härte bei ausreichender Zähigkeit, bspw harte Phasen in einer sich verfestigenden Matrix.

Adhäsion:

Die Reduzierung der Adhäsion erfordert geringe adhäsive Bindungskräfte, erreichbar durch artfremde Randschichten (insbesondere durch Vermeidung metallischer Gleitpaarungen). Werkstoffe einer hohen Härte und somit geringen auftretetenen Deformationen im Kontaktbereich sind ideal für diese Beanspruchung.

Korrosion:

Der Korrosionswiderstand lässt sich durch Aufbringen einer inerten oder reaktionsträgen Deckschicht erhöhen.

Ermüdung:

Die Ermüdung lässt sich durch Ausschluss gefügebedingter Spannungskonzentrationen und Erzeugung von Druckeigenspannungen im Randbereich verringern.

Thermische Ermüdung:

Bei Beanspruchung durch thermische Ermüdung müssen die gegen die Ermüdung ergriffenen Maßnahmen wie das einbringen von Druckeigenspannungen bei Einsatztemperatur des Werkstückes stabil sein.