Plasmanitrieren

Plasmanitrieren ist ein thermochemisches Wärmebehandlungsverfahren. Es härtet die Randschicht eines Bauteils durch Anreicherung mit Stickstoff. Auf der Oberfläche und im oberflächennahen Bereich bildet sich eine Schutzschicht. Die Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit der Bauteile wird erhöht. Da Plasmanitrieren bei sehr niedrigen Temperaturen durchgeführt wird, ist der Verzug sehr gering. Egal ob Plasmanitrieren oder andere State-of-the-Art-Verfahren: wir optimieren für Sie auch anspruchsvollste technische Bauteile. Ganz nach Bedarf als Einzelteil, in Sondergrößen oder als Serienproduktion. Sprechen Sie uns gerne für ein persönliches und unverbindliches Beratungsgespräch an.

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Das Verfahren und seine Vorteile

Plasmanitrieren ist eine Wärmebehandlung, bei der die Randschicht eines Werkstoffs chemisch umgewandelt wird. Dabei dringt Stickstoff in den Werkstoff ein und bildet Nitride. Plasmanitrieren und Plasmanitrocarburieren liefern zuverlässig reproduzierbare Ergebnisse und sind vor allem unter Umweltschutz- und Energieaspekten anderen Nitrier-Verfahren überlegen. Auf den Einsatz giftiger Gase kann verzichtet werden und der Energieverbrauch ist deutlich reduziert.

Das liegt auch daran, dass dieses Härteverfahren bei niedrigen Temperaturen zwischen 350 °C und 600 °C durchgeführt wird. Der Verzug der Werkstücke wird ebenfalls minimiert, wodurch eine aufwändige Nachbearbeitung entfallen kann und so weitere Kosteneinsparungen möglich sind.

Plasmanitrieren verbessert zudem deutlich eine Reihe von Eigenschaften der Werkstücke, wie die Standzeit, den Korrosionsschutz sowie Dauer- und Verschleißfestigkeit. Auch eine partielle Behandlung ist problemlos möglich. Für spätere PVD/CVD-Beschichtungen mit individuellen Härteeigenschaften eignet sich das Verfahren ebenfalls, da es bei Bedarf eine Diffusionsschicht ohne Verbindungsschicht auf der Werkstoffoberfläche bilden kann.

Das Verfahren ist auch unter den Namen Ionitrieren, Puls-Plasmanitrieren, Kaltnitrieren oder Plasma-Härten bekannt.

 

 

INFO:  HLX-1 – Ein Verfahren für speziellen Oberflächenschutz
Unter HLX-1 versteht man einen Diffusionsprozess, der speziell die Oberflächen von Bauteilen und Werkzeugen behandelt. HLX-1 erzeugt eine Schutzschicht, die sich optimal für strukturierte und polierte Oberflächen eignet. Der Verzug ist zudem extrem gering.

 

Die Vorteile des Plasmanitrierens auf einen Blick

  • Verbesserter Verschleiß- und Korrosionsschutz
  • Hohe Schwingfestigkeit
  • Im Vergleich zu Salzbadnitrieren und Gasnitrieren weniger spröde und poröse Schichten
  • Anpassbarer Schichtaufbau
  • Geringer Verzug dank niedriger Prozesstemperaturen erspart Nachbearbeitung der Bauteile
  • Partielles Härten durch Auftrag einer Schutzpaste oder mechanisch möglich
  • Keine Nachreinigung, da Bauteile im Plasma endgereinigt und oberflächenaktiviert werden
  • Kurze Behandlungszeiten im Vergleich zum Gasnitrieren
  • Legierte Stähle und Edelstahl können gut behandelt werden

Die Physikalische Grundlage

Plasmanitrieren findet im Vakuum statt. Dabei wird ein elektrisches Feld angelegt. Die Werkstücke dienen als Kathode und die Ofenwand als Anode. Das beigegebene Gasgemisch wird durch das elektrische Feld ionisiert und umschließt die Werkstücke. Es bilden sich stickstoffreiche Nitride, die zerfallen und die Oberfläche mit Stickstoff anreichern.
 
Die Oberfläche wird aktiviert und die Werkstücke erwärmt. Auf Stählen wie Edelstahl lösen sich die Passivschichten. Allgemein wird die Oberfläche feingereinigt, da der Prozess Fremdatome absputtert.
 
Die Behandlungstemperatur ist abhängig von der Art des Werkstoffes und der gewünschten Nitrierhärtetiefe. Die anschließende Haltezeit beträgt zwischen 12 und 50 Stunden. Zum Druckausgleich nach erfolgter Behandlung wird der Ofen mit Gas geflutet. Die Werkstücke kühlen ab.
 

 

Anwendungsbereiche

Plasmanitrieren gehört zu den flexibelsten und besten Nitrierverfahren. Es eignet sich grundsätzlich für jeden Eisenwerkstoff, der wiederum unterschiedlich von der Behandlung profitiert.

  • Baustahl: höherer Verschleiß- und Korrosionsschutz
  • Sinterwerkstoffe: Laufeigenschaften und Verschleißschutz werden trotz Porosität verbessert
  • Legierte Stähle (hoher Chrom- und Aluminium-Anteil): Verbesserung besonders beanspruchter Bauteile
  • Edelstahl: Verschleißschutz durch Standardprozesse mit maximaler Härte und Nitrierhärtetiefe, alternativ kommen Langzeit-Niedertemperatur-Prozesse für hohen Korrosionsschutz bei hoher Oberflächenhärte zum Einsatz

 

Typische Bauteile

  • Getriebewellen, Kurbelwellen und Nockenwellen
  • Nockenstößel
  • Ventilkomponenten
  • Extruderschnecken
  • Druck-Guss-Werkzeuge
  • Schmiedegesenke
  • Werkzeuge zur Kaltumformung
  • Einspritzdüsen
  • Kunststoff-Spritzwerkzeuge
  • Lange Wellen
  • Achsen
  • Kupplungen und Motorteile

Die Nitrierschicht und ihre Eigenschaften

Die Nitrierschicht besteht an der Oberfläche aus der Verbindungsschicht. Sie besteht aus Eisennitriden und ist anders als beim Gasnitrieren kompakter und porenärmer. Es folgt die Diffusionszone, die sich aus dem Werkstoff und ausgeschiedenen Nitriden zusammensetzt.
 
Kommt Nitrierstahl oder hochlegierter Stahl mit vielen nitridbildenden Elementen zum Einsatz, steigt im gleichen Maße auch die Oberflächenhärte, die erreicht werden kann (bis zu 800–1200 HV im Vergleich zu 250-300 HV bei unlegierten und 600-700 HV bei niedriglegiertem Stahl). Der Randabstand mit einer Kernhärte von +50 HV gilt als Kennwert für die Nitrierhärtetiefe (Nht.). Das sind bis 0,6 mm bei un- und niedriglegierten Stählen und bis 0,15 mm bei hochlegierten Stählen und Edelstahl. Einflussfaktoren sind der verwendete Stahl sowie die Dauer und Temperatur der Behandlung.
 

Es gibt Varianten und Erweiterungen des Plasmanitrierens, deren Einsatz sich je nach Anforderung empfiehlt:

  • Plasmanitrocarburieren: für besonders dicke Verbindungsschichten
  • Nachoxidation: steigert den Korrosionsschutz bei niedrig und mittelmäßig legierten Werkstoffen zusätzlich

Nitrierbare Stähle und Behandlungsergebnisse nach dem Plasmanitrieren

Die folgenden Ergebnisse zeigen die Wirkung des Plasmanitrierens auf häufig genutzte Werkstoffe. Es kamen Standard- und Langzeitbehandlungen zum Einsatz. Die Nitrierhärtetiefe (NHT) und die Verbindungsschichtdicke (VS) können durch Sonderbehandlungen nach oben und unten beeinflusst werden.
 

Geeignete Werkstoffe

Werkstofftabelle Auswählen
    Nitrierstähle
    Einsatzstähle
    Vergütungsstähle
    Baustahl
    Warmarbeitsstähle
    Kaltarbeitsstähle
    Wälzlagerstähle
    Federstähle
    Rost- und säurebeständige Stähle
    Martensitaushärtbare Stähle
    Hitzebeständige Stähle
    Grauguss
    Automatenstähle
    Sintermetalle
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in μm
32 CrMoV 12-101.7765750-1.0000,2-0,64-15
34 CrAl 61.8504900-1.2000,2-0,54-10
34 CrAl 551.8506900-1.2000,2-0,64-10
34 CrAIMO 51.8507900-1.2000,2-0,54-10
41 CrAIMO 71.8509800-1.0000,2-0,54-10
31 CrMo 121.8515800-1.1000,2-0,54-15
31 CrMoV 91.8519750-1.0000,2-0,54-15
31 CrAIV 791.8523900 -1.2500,2-0,64-10
34 CrAINI 71.8550900-1.2500,2-0,64-15
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
C 151.0401300-4500,2-0,64-15
C15 E/Ck 151.1141250-3500,2-0,64-15
21 MnCr 51.2162600-7500,3-0,64-15
14 NiCr 151.5752500-6500,2-0,64-8
15 CrNi 61.5919500-7500,2-0,84-8
20 NiCrMo 2-21.6523650-7000,2-0,64-8
18 CrNiMo 7-61.6587600-7000,2-0,64-8
16 MnCr 51.7131600-7500,2-0,84-15
16 MnCrS 51.7139600-7500,2-0,84-15
20 MnCr 51.7147600-8000,2-0,84-15
20 CrMo 51.7264850-9500,2-0,84-15
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
C30 E1.1178300-4500,2-0,64-15
C 35 E1.1181300-5000,2-0,64-15
C45 E/Ck 451.1191300-5500,2-0,64-15
C 60 E/Ck 601.1221300-5500,2-0,64-15
40 CrMnMo 71.2311700-8500,2-0,64-15
40 CrMnMoS 8-61.2312700-8500,2-0,64-15
45 NiCr 61.2710600-8000,2-0,54-8
55 NiCrMoV 61.2713600-7000,2-0,64-8
30 CrNiMo 81.6580600-8000,2-0,53-10
34 CrNiMo 61.6582600-8000,2-0,53-10
34 Cr 41.7033500-6000,2-0,54-15
25 CrMo 41.7218600-7000,2-0,54-15
34 CrMo 41.7220500-6000,2-0,54-15
42 CrMo 41.7225600-7500,2-0,54-15
30 CrMoV 91.7707850-9500,2-0,64-15
39 CrMoV 13-91.8523800-9500,2-0,54-8
Toolox33, SP 300siehe 1.2312
Toolox 44800-1.0000,2-0,64-8
ETG® 1001.8523400-6500,2-0,64-8
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
S 235 JR1.1937250-4000,2-0,64-10
S 2351.1938200-3500,2-0,64-10
E 3351.1960300-5500,2-0,64-10
S 235 J2G31.0116350-4000,2-0,64-10
S355J2+N1.0570300-5500,2-0,64-10
S355J2H1.0576300-5500,2-0,64-10
C 105 W 11.1545550-6500,2-0,84-8
C 80 W 21.1625550-6500,2-0,84-8
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
X 38 CrMoV 511.2343900 -1.2500,2-0,44-8
X 40 CrMoV 511.2344900 – 1.2500,2-0,44-8
X 32 CrMoV 331.2365800 – 1.0000,2-0,44-8
X3 NiCoMoTi 18-9-51.2709800-1.2000,15-0,32-4
X 15 CrCoMoV 10-10-51.28861.000 – 1.2000,15-0,32-4
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
X210 Cr 121.2080900 -1.2000,1-0,152-4
62 SIMNCr 51.2101500-6000,3-0,64-8
X 165 CrV 121.22011.000 – 1.2000,1 -0,42-4
115 CrV 31.2210350-5000,3-0,44-8
26 CrMoV 91.2307850-9500,1 -0,44-8
X 100 CrMoV 51.2363800-1.2000,1-0,44-8
85 CrMoV 12-6-51.2364950-1.2000,1-0,44-8
X 155 CrVMo 12-11.2327900-1.2000,1-0,44-8
X 210 CrW 121.2436700-9000,15-0,32-4
X 165 CrMoV 121.2601900 – 1.2000,15-0,22-4
X 60 WCrMoV 9-51.2622800-9000,1 -0,42-4
X 45 NiCrMo 41.2767650-9000,15-0,52-4
90 MnCrV 81.2842450-6500,2-0,64-8
S 10-4-3-101.32071.000 – 1.4000,05-0,25≤3
S 12-1-11.33021.200-1.4000,05-0,2≤3
S 6-5-21.33431.000 – 1.4000,05-0,25≤3
S 18-0-11.33551.000 – 1.2000,05-0,2≤3
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
100 MnCrW 41.2510500-7000,2-0,3≤5
100 Cr 61.3505350-6000,2-0,3≤5
X 102 CrMo 171.35431.000 – 1.2000,1-0,2≤3
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
C75S/Ck 751.1248350-5500,2-0,64-8
60 SiMn 51.5142400-6000,2-0,64-8
67 SiCr 51.7103500-6500,2-0,64-8
50 CrV 41.8159450-6000,2-0,64-8
58 CrV 41.8161450-6000,2-0,64-8
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mm
X 40 Cr 141.20831.000 1.2000,15-0,3
X 38 CrMo 161.2316900-1.2000,15-0,3
X 20 Cr 131.40211.000 – 1.2000,15
X 30 Cr 131.40281.000 – 1.2000,15
X 46 Cr 131.40341.000 – 1.2000,15
X 46 Cr 131.41041.000 – 1.2000,15
X 90 CrMoV 181.4112900-1.1000,15
X 90 CrMoV 181.4117950-1.2000,15
X 35 CrMo 171.41221.000-1.4000,15
X 12 CrNi 1881.4300800-1.2000,15
X5 CrNi 18 101.4301800-1.2000,15
X 10 CrNiS 1891.4305800-1.0000,15
X5 CrNiMo 17 1221.4401800-1.2000,15
X 2 CrNiMo 18 1431.4435800-1.2000,15
X5 CrNiMo 17 131.4449800-1.2000,15
X5 CrNiMo 17 131.45351.000 – 1.2000,15
X 6 CrNiMoTi 17 12 21.4571800-1.2000,15
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
X 2 NICrMo 18 8 51.63591.000-1.2000,15 – 0,31-2
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mm
X 15 CrNiSi 25 201.4841800 – 1.1000,1
X 12 CrNi 25 211.4845800 – 1.1000,1
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
EN-GJL-150/GG 15300-4500,2-0,44-10
EN-GJL-250/GG 25350-5000,2-0,54-10
EN-GJS-400-15/GGG 40EN-JS 1040400-6000,2-0,54-10
GGG 42400-6000,2-0,54-10
EN-GJS-600-3/GGG 60EN-JS 1060500-7000,2-0,64-10
EN-GJS-700-2/ GGG 70EN-JS 1070500-7000,2-0,64-10
WerkstoffWerkstoff-Nr.Härte HV 1NHT in mmVS in um
9 S 201.0711200-3000,2-0,64-8
9 SMnPb 281.0718200-3500,2-0,64-8
10 S 201.0721350-4000,2-0,64-8
45 S 20/46 S 201.0727350-4500,2-0,64-8
44 SMn 281.0762300-6000,2-0,64-8
WerkstoffHärte HV 1NHT in mmVS in um
Astaloy Mo400-5000,1-0,5
Sint D30350-5000,1-0,55-20
Sint D35150-3000,1-0,35-20

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