Het proces en de voordelen ervan
Plasmanitreren is een warmtebehandeling waarbij de oppervlaktelaag van een materiaal chemisch wordt getransformeerd. Daarbij dringt stikstof in het materiaal en worden nitriden gevormd. Plasmanitreren en plasmanitrocarboneren leveren betrouwbaar reproduceerbare resultaten op en zijn superieur aan andere nitreerprocessen, vooral op het gebied van milieu en energie. Het gebruik van giftige gassen kan achterwege blijven en het energieverbruik ligt aanzienlijk lager.
Dit komt ook doordat dit hardingsproces wordt uitgevoerd bij lage temperaturen tussen 350 en 600 °C. Ook vervorming van de werkstukken wordt geminimaliseerd, waardoor tijdrovende nabewerking achterwege kan blijven en verdere kostenbesparingen mogelijk zijn.
Plasmanitreren verbetert ook aanzienlijk een aantal eigenschappen van het werkstuk, zoals levensduur, corrosiebescherming, vermoeiingssterkte en slijtvastheid. Ook een gedeeltelijke behandeling is probleemloos mogelijk. Het proces is ook geschikt voor latere PVD/CVD-coatings met individuele hardheidseigenschappen, omdat het indien nodig een diffusielaag zonder verbindingslaag op het materiaaloppervlak kan vormen.
Het proces is ook bekend onder de namen ionitreren, puls-plasmanitreren, koudnitreren of plasmaharden.
INFO: HLX-1 – Proces voor speciale oppervlaktebescherming HLX-1 is een diffusieproces voor de behandeling van oppervlakken van onderdelen en gereedschappen. HLX-1 vormt een beschermlaag die ideaal is voor gestructureerde en gepolijste oppervlakken. De vervorming is bovendien extreem laag.
De voordelen van plasmanitreren op een rij
- Verbeterde bescherming tegen slijtage en corrosie
- Hoge trillingsbestendigheid
- Minder brosse en poreuze lagen in vergelijking met zoutbadnitreren en gasnitreren
- Aanpasbare gelaagdheid
- Minder vervorming dankzij lage procestemperaturen en dus minder nabewerking van de onderdelen
- Gedeeltelijke harding is mechanisch mogelijk of door aanbrengen van een beschermpasta
- Geen nareiniging omdat onderdelen in het plasma worden gereinigd en het oppervlak wordt geactiveerd
- Korte behandelingstijden in vergelijking met gasnitreren
- Gelegeerd staal en roestvrij staal kunnen goed worden behandeld
De fysieke grondslag
Plasmanitreren vindt plaats in een vacuüm. Daarbij wordt een elektrisch veld gegenereerd. De werkstukken fungeren als kathode en de ovenwand als anode. Het toegevoegde gasmengsel wordt door het elektrische veld geïoniseerd en omsluit de werkstukken. Er vormen zich stikstofrijke nitriden, die afbreken en het oppervlak verrijken met stikstof.
Het oppervlak wordt geactiveerd en de werkstukken worden verhit. Op staalsoorten, zoals roestvrij staal, worden passieve lagen opgelost. Over het algemeen wordt het oppervlak fijngereinigd omdat het proces vreemde atomen afstoot.
De behandelingstemperatuur is afhankelijk van het soort materiaal en de gewenste nitreerhardingsdiepte. De daaropvolgende verblijftijd ligt tussen 12 en 50 uur. Om de druk na de behandeling gelijk te maken, wordt de oven met gas gevuld. De werkstukken koelen af.
Toepassingsgebieden
Plasmanitreren is een van de meest flexibele en beste nitreerprocessen. Het is in principe geschikt voor elk ijzerhoudend materiaal, dat op verschillende manieren van de behandeling profiteert.
- Bouwstaal: hogere bescherming tegen slijtage en corrosie
- Sintermaterialen: de loopeigenschappen en slijtagebescherming worden verbeterd ondanks porositeit
- Gelegeerd staal (hoog chroom- en aluminiumgehalte): verbetert onderdelen die zwaar worden belast.
- De nitreerlaag bestaat aan het oppervlak uit de verbindingslaag. Deze laag bestaat uit ijzernitriden en is, anders dan bij gasnitreren, compacter en poriënarm. Hieronder bevindt zich de diffusielaag die uit het materiaal en neergeslagen nitriden bestaat.
Voorbeelden van onderdelen
- Transmissieassen, krukassen en nokkenassen
- Naafpennen
- Kleponderdelen
- Extruderschroeven
- Gegoten gereedschappen
- Smeedmatrijzen
- Gereedschappen voor koudvormen
- Injectoren
- Plastic spuitgereedschappen
- Lange assen
- Assen
- Koppelingen en motoronderdelen
De nitreerlaag en zijn eigenschappen
De nitreerlaag bestaat aan het oppervlak uit de verbindingslaag. Deze laag bestaat uit ijzernitriden en is, anders dan bij gasnitreren, compacter en poriënarm. Hieronder bevindt zich de diffusielaag, die uit het materiaal en neergeslagen nitriden bestaat.
Wanneer nitreerstaal of hooggelegeerd staal met veel nitridevormende elementen wordt gebruikt, neemt de te bereiken oppervlaktehardheid in dezelfde mate toe (tot 800-1200 HV in vergelijking met 250-300 HV voor ongelegeerd staal en 600-700 HV voor laaggelegeerd staal). Als karakteristieke waarde voor de nitreerhardheidsdiepte (NHD) geldt de oppervlakteafstand bij een kernhardheid van +50 HV. Dat is tot 0,6 mm voor ongelegeerd en laaggelegeerd staal en tot 0,15 mm voor hooggelegeerd staal en roestvast staal. Invloedsfactoren zijn het gebruikte staal en de duur en de temperatuur van de behandeling.
Er zijn varianten en uitgebreidere processen van plasmanitreren, waarvan het gebruik afhankelijk van de behoefte wordt aanbevolen:
- Plasmanitrocarboneren: voor bijzonder dikke verbindingslagen
- Na-oxidatie: verhoogt de corrosiebescherming bij laag- en middelgelegeerde materialen
Nitreerbare staalsoorten en behandelingsresultaten na plasmanitreren
De volgende resultaten tonen het effect van plasmanitreren op veelgebruikte materialen. Er zijn standaard en langdurige behandelingen gebruikt. De nitreerhardingsdiepte (NHD) en de dikte van de verbindingslaag (VL) kunnen door speciale behandelingen naar boven en beneden worden beïnvloed.