Plasmanitrieren

Beim Plasmanitrieren steht, ebenso wie beim Gasnitrieren, die Ausbildung einer Diffusionsschicht im Vordergrund. Die Verfahren unterscheiden sich bezüglich der Bereitstellung des zum Nitrieren notwendigen atomaren Stickstoffs. Bei der Gasnitrierung wird dieser aus der Ammoniakspaltung gewonnen. Beim Plasmanitrieren wird Stickstoff (N2) und Wasserstoff (H2) als Behandlungsgas verwendet. Im Vakuum wird der Stickstoff in einem elektrischen Spannungsfeld ionisiert. Die Stickstoffionen treffen mit hoher kinetischer Energie auf die als Kathode geschalteten Bauteile. Die Moleküle werden gespalten und somit steht freier Stickstoff zur Diffusion in die Bauteiloberfläche zur Verfügung. Bezüglich der Diffusion und der Bildung der Nitride gelten die gleichen Gesetzmäßigkeiten wie bei der Behandlung im Gas. Bei legierten Stählen sind somit bei vergleichbaren Parametern auch die gleichen Oberflächenhärten und Nitrierhärtetiefen einstellbar.

Aufgrund des Ionenbeschusses (Sputtern) sind die Verbindungsschichten üblicherweise etwas dünner als beim Gasnitrieren. Bei beiden Verfahren strebt man die Bildung einer γ'-VS an. Aufgrund der aufwendigeren Anlagentechnik ist das Plasmanitrierverfahren deutlich kostenintensiver. Daher werden in der Praxis meistens etwas höhere Behandlungstemperaturen gewählt als beim Gasnitrieren. Dies führt aber, wie beschrieben, zu geringeren Oberflächenhärten und auch das Niveau des Härteverlaufes sinkt.

Das Nitrieren hochlegierter, korrosionsbeständiger Stähle mit einem Gehalt von mehr als 12% Chrom ist eine Stärke des Plasmanitrierverfahrens. Bei diesen Stählen kommt es an der Oberfläche zur Bildung von wenigen Atomlagen dicken Chromoxidschichten. Diese sind für die Korrosionsbeständigkeit verantwortlich und beständig gegen Ammoniak. Ein Gasnitrieren dieser Stähle ist daher nicht möglich. Durch den Ionenbeschuss beim Plasmanitrieren wird der Sauerstoff aus dem Chromoxid herausgelöst und die Werkstoffe werden nitrierfähig. Es muss aber in Kauf genommen werden, dass sich die Korrosionsbeständigkeit der Bauteile durch das Nitrieren deutlich verschlechtert.