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Vortrag (20 Min., 5 Min. Diskussion, 5 Min. Raumwechsel)

Aktivgitter-Plasmanitrocarburieren von nichtrostenden austenitischen Stählen unter der Nutzung eines Aktivgitters aus Kohlenstoff

Wednesday (18.09.2019)
14:30 - 15:00 Uhr Masing Saal
Bestandteil von:


Die thermochemische Randschichtbehandlung nichtrostender austenitischer Stähle führt zur deutlichen Verbesserung der Verschleißeigenschaften durch die Bildung von expandiertem Stickstoff- bzw. Kohlenstoffaustenit. Bei der am IWT in Freiberg entwickelten Technologie des Plasmanitrocarburierens mit einem Aktivgitter aus Kohlenstoff wird die Glimmentladung auf ein das Behandlungsgut umgebendes Gitter ausgelagert. Am Kohlenstoffgitter entstehen durch Wechselwirkungen mit dem Plasma hochreaktive Spezies, die zur Aktivierung der Oberfläche und zur Aufstickung bzw. Aufkohlung der Randschicht führen. Die Zugabe kohlenstoffhaltiger Frischgase entfällt.

Im Rahmen der Arbeit wurde der austenitische Stahl 316L (1.4404) mittels Aktivgitter-Technologie plasmanitrocarburiert. Die Frischgaszusammensetzung aus N2 und H2 wurde bei konstanter Zeit und Temperatur variiert. Mittels plasmadiagnostischer Infrarotlaserabsorptionsspektroskopie wurde die resultierende Prozessgasatmosphäre in einer industriellen Anlage gemessen. Es konnten die vier stabilen Spezies HCN, CH4, NH3 und C2H2 detektiert werden. Die Konzentrationen dieser Spezies lassen sich mit dem N2-H2-Verhältnis regeln. Die Variation des N2-H2-Verhältnisses und der daraus resultierenden veränderlichen Prozessgaszusammensetzung ermöglicht die Modifikation des expandierten Austenits in weiten Grenzen. Ein N2-freies Prozessgas führt zur Bildung eines reinen expandierten Kohlenstoffaustenits mit einer Härte von bis zu 600 HK0.01. Steigende N2-Gehalte im Frischgas erhöhen signifikant die Konzentration von HCN und NH3 und führen zur Ausbildung einer Duplexschicht aus expandiertem Stickstoff- und Kohlenstoffaustenit mit einer Härte von bis zu 1300 HK0.01. Mithilfe der Glimmentladungsspektroskopie wurde eine breite Variation der Stickstoff- und Kohlenstoffverteilung in der Randschicht nachgewiesen.

Die innovative Aktivgitter-Technologie unter der Nutzung eines Aktivgitters aus Kohlenstoff in Kombination mit dem Einsatz hochsensitiver Laserabsorptionsspektrometrie eröffnet neue Möglichkeiten sowohl in der Regelung als auch in der Prozessführung plasmagestützter thermochemischer Randschichtbehandlungstechnologien.

Sprecher/Referent:
Dipl.-Ing. Jan Böcker
TU Bergakademie Freiberg
Weitere Autoren/Referenten:
  • Dr. Anke Dalke
    TU Bergakademie Freiberg
  • Dr. Igor Burlacov
    G + M Vacutherm GmbH
  • Tom Weinhold
    TU Bergakademie Freiberg
  • Alexander Puth
    Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
  • Prof. Dr. Jürgen Röpcke
    Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e.V.
  • Prof. Dr. Horst Biermann
    TU Bergakademie Freiberg