Nitrieren

29.07.2018

Beim Nitrieren wird in die Oberflächenzone vorzugsweise von Stählen Stickstoff eingebaut, wodurch die Härte des Werkstoffs erhöht wird. Der Einbau des Stickstoffs erfolgt durch Diffusion, wobei je nach Zusammensetzung des Stahls Nitridverbindungen mit den Legierungselementen entstehen. Eine Nitrierschicht besteht aus einer Verbindungsschicht und einer Diffusionszone. Beide Schichtbestandteile weisen charakteristische Eigenschaften auf. Übliche Größen zur Schichtcharakterisierung sind die Oberflächenhärte, die Nitrierhärtetiefe und die Verbindungsschichtdicke. Da der Übergang der Härte von der äußeren Zone (bis zu 70 HRC) zur in der Regel zähen Innenbereichszone kontinuierlich über etwa 30 µm bis 50 µm verläuft, ist die Gefahr des Abplatzens der äußeren Schicht sehr gering. Neben den üblichen nitrierbaren Stählen können auch pulvermetallurgisch hergestellte Teile sowie bestimmte  Aluminiumlegierungen gehärtet werden.

Beim Gasnitrieren wird das Werkstück im Ammoniakgasstrom (reines Ammoniak NH₃ oder NH₃ mit Inertgaszusätzen, wie z.B. Stickstoff) bei Temperaturen zwischen 500 °C und 550 °C (je nach erforderlicher Dicke der Nitrierschicht) 4 h bis 100 h behandelt. Das Ammoniak wird an der Werkstückoberfläche thermisch zersetzt. Ein Teil des dabei frei werdenden Stickstoff diffundiert in die Oberfläche des Werkstücks ein und baut die Nitrierschicht auf. Das Gasnitrieren wird in der Regel nur für legierte Stähle angewandt, da sich bei unlegierten Stählen eine spröde, zum Abplatzen neigende Nitrierschicht bildet.

Beim Plasmanitrieren wird der diffusionsfähige Stickstoff unter Einsatz von hohen Spannungen und Erzeugung eines Plasmas durch Aufspaltung aus Stickstoffgas an der Oberfläche bei Temperaturen von 450 °C bis 500 °C und bei sehr geringem Druck (wenige Pa) erzeugt.

Durch das Nitrieren verbessern sich die Verschleißeigenschaften und der Korrosionsschutz, zusätzlich wird die Dauerfestigkeit erhöht. Da nur die äußerste Randschicht der Bauteile  beeinflusst wird und die Behandlungstemperaturen niedrig sind, ist der Verzug vernachlässigbar. Nacharbeit ist deshalb nicht notwendig. Die Bauteile lassen sich nach dem Plasmanitrieren sofort einbauen.