Plasmanitrieren Anbieter – Vergleich

Plasmanitrieren zählt zu den thermochemischen Randschichthärteverfahren, wobei Stickstoff in Eisenwerkstoffe diffundiert. Der Prozess läuft in einer Vakuumkammer. Bei Drücken im Niederdruckbereich zündet eine elektrische Entladung ein Plasma, das Stickstoff und Wasserstoff ionisiert. Die Ionen beschleunigen im Feld zum als Kathode geschalteten Werkstück. Beim Aufprall werden Moleküle gespalten, und Stickstoff lagert sich an der Oberfläche an.

Bei ausreichend hoher Ionenenergie entstehen Nitridphasen direkt an der Oberfläche. Die Schicht erhöht die Härte und senkt den Verschleiß. Darunter bildet sich eine Diffusionszone mit gelöstem Stickstoff und feinen Ausscheidungen, die die Dauerfestigkeit steigert. Die sehr harte Verbindungsschicht lässt sich über die Prozessparameter gezielt klein halten.

Prozessführung: Stellgrößen und Materialreaktionen

Zwischen 350 °C und 600 °C bestimmt die Temperatur die Diffusionsgeschwindigkeit und damit die Tiefe der Nitrierung. Die Gaszusammensetzung verschiebt das Gleichgewicht zwischen Gamma-Prime- und Epsilon-Nitrid, während Druck, Strom und Spannung die Plasmadichte beeinflussen. Häufig ist keine ausgeprägte Verbindungsschicht gewünscht, sondern eine zähe Diffusionszone mit definiertem Härteverlauf.

• Temperatur: bestimmt Diffusionsrate und Tiefe der Randzone.
• Gaszusammensetzung: dosiert Nitridbildung über Stickstoff-Wasserstoff-Verhältnis.
• Druck: stabilisiert die Entladung und beeinflusst den Ionentransport zur Oberfläche.
• Spannung und Strom: prägen Ionenenergie und damit Sputter- und Aktivierungseffekte.

Das Verfahren zeigt seine Stärke an komplexen Geometrien. Auch Hohlräume erhalten eine wirksame Randschicht, weil sich das Plasma in Vertiefungen ausbildet. Dadurch sinken Streuungen bei Konturen wie Innenverzahnungen oder Sackbohrungen. Bei Getriebekomponenten mit engen Passungen kann die im Vergleich zu klassischen Nitrierprozessen niedrigere Prozesstemperatur den Verzug weiter begrenzen.

Verfahrensvarianten für definierte Schichtsysteme

Neben dem Grundprozess existieren drei klar ausgerichtete Varianten: reines Nitrieren, Karbonitrieren im Plasma und Nitrieren mit nachfolgender Oxidation. Jede Variante verändert die Randschichtchemie messbar. Beim Plasma-Karbonitrieren führt ein Kohlenwasserstoffanteil zusätzlich Kohlenstoff ein; dadurch ändern sich Härte der Verbindungsschicht und Korrosionsverhalten. Eine nachgeschaltete Oxidation erzeugt eine dünne Oxidschicht mit schwarzer Optik.

1. Reines Plasmanitrieren: erzeugt Verbindungsschicht plus Diffusionszone für hohe Oberflächenhärte.
2. Plasma-Karbonitrieren: führt Kohlenstoff zu und verschiebt Phasenanteile in Richtung höherer Schichthärte.
3. Nitrieren mit anschließender Oxidation: addiert Oxidschicht für erhöhte Korrosionsbeständigkeit.

Zweistufige Fahrweisen kombinieren zwei Temperatur- oder Gasstufen und formen so Gradientenschichten. Eine Stufe aktiviert die Oberfläche, die zweite baut Tiefe auf oder dämpft spröde Phasenanteile. Werkzeugstähle profitieren häufig, wenn eine harte Randzone gefordert ist, Kanten aber nicht ausbrechen dürfen.

Prüfung: Messwerte statt Sichtbefund

Für Kaufentscheidungen zählen prüfbare Kennzahlen. Die Härtemessung nach DIN EN ISO 6507 liefert als Vickersprofil (HV) den Verlauf von der Oberfläche bis zum Kern; daraus lassen sich Randhärte und Gradienten ableiten. Metallographische Querschliffe bestimmen Verbindungsschichtdicke und Nitrierhärtetiefe (NHT). Phasenanteile werden mit Röntgenbeugung ermittelt.

Normen und Richtlinien

Wenn Korrosion kritisch ist, liefert ein Salzsprühnebeltest nach DIN EN ISO 9227 vergleichbare Ergebnisse zwischen Lieferantenchargen. Messwerte ermöglichen belastbare Vergleiche. In Spezifikationen werden Grenzwerte für HV-Profil, NHT und Phasenanteile definiert. Diese Kombination trennt dekorative Schwarzfärbung von einer belastbaren Funktionsschicht aus Nitriden.