Fachwörter-Lexikon

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Nitrierschichten – allgemein

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.

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.

Titan, chemisches Verhalten

Titan besitzt eine hervorragende Korrosions- und Temperaturbeständigkeit (bis ca. 400 °C) aus. Titan bildet an der Luft eine äußerst beständige Oxidschicht aus, die die Oberfläche passiviert (Passivierungsschicht) und die es dadurch in vielen Medien korrosionsbeständig macht. Außerdem nimmt die Reaktivität von Titan mit vielen Medien bei erhöhten Temperaturen oder erhöhtem Druck stark zu (Passivschicht wird durch chemischen Angriff aufgelöst). Unterhalb einer Temperatur von 0,4 °C wird Titan supraleitend. 

Oxidation

Ursprünglich verstand man unter Oxidation die Reaktion eines Stoffes mit Sauerstoff, wie beispielsweise die chemische Reaktion der Verbrennung. Der Brennstoff reagiert dabei mit Sauerstoff (Oxygenium). Es bilden sich neue Stoffe, die Oxide. Zum Beispiel: Metall + Sauerstoff → Metalloxid oder Nichtmetall + Sauerstoff → Nichtmetalloxid.

Oxidation: Magnesium gibt 2 Elektronen ab und wird zum 2-fach positiv geladenen Ion (Kation).

Reduktion: Sauerstoff nimmt die 2 Elektronen auf und wird zum 2-fach negativ geladenen Ion (Anion).

Reaktionsgleichung: Mg2+ + O2- → MgO

Verbrennungen liefern Wärme, d.h. die Reaktion verläuft exotherm. Es gilt das Gesetz von der Erhaltung der Masse.

Flammen und Lichterscheinungen treten auf, wenn der Brennstoff aufgrund seiner Reaktionswärme vergast. Die Reaktion der Brenngase mit dem Sauerstoff erzeugen eine Flamme (kann unterschiedliche Farben haben).

Die Reaktionsgeschwindigkeit der Oxidation ist abhängig vom Bestreben des Sauerstoffs ein Atom an sich zu binden. Je unedler ein Metall ist, umso größer ist die Reaktionsgeschwindigkeit, d.h. umso heftiger ist die Reaktion:

-     Langsame Oxidation: Altern von Gummi, Verwesung organischer Stoffe, Atmung.

-     Schnelle Oxidation: Reaktionen unter Licht und Wärmeeinwirkung, z.B. Kohle, Papier, Holz, Benzin, Erdgas.

-     Sehr schnelle Oxidation: Explosion unter Licht- und Druckeinwirkung oder Verpuffung, d. h. feinst verteilter Brennstoff gut mit Sauerstoff vermischt, z.B. Staubexplosion.

Man spricht auch von Oxidation, wenn kein Sauerstoff an der Verbindung beteiligt ist. Im Allgemeinen ist die Oxidation ein Prozess, bei dem einem Atom Elektronen entzogen werden, d.h. Oxidation ist die Abgabe von Elektronen oder die Erhöhung der Oxidationszahl eines Atoms.

Oxidation: Magnesium gibt 2 Elektronen ab und wird zum 2-fach positiv geladenen Ion (Kation).

Reduktion: Chlor kann nur 1 Elektron aufnehmen und wird zum 1-fach negativ geladenen Ion (Anion). Für das 2. abgegebene Elektron wird ein 2. Chloratom benötigt.

Reaktionsgleichung: Mg2+ + 2Cl- → MgCl2

Das Massenverhältnis liegt also hier bei 1:2.

Die Elektronenabgabe (Oxidation) geschieht bei den Elementen links im PSE (bis zu 4 Valenzelektronen).

Nach dem verschiedengroßen Bestreben zu oxidieren und in den Ionenzustand überzugehen, kann man die Metalle in einer Oxidierbarkeitsreihe ordnen. Sie wird auch als Spannungsreihe der Metalle bezeichnet. Das unterschiedliche Bestreben in den Ionenzustand überzugehen, zeigt sich an der Verdrängung der edlen Metalle aus ihrer Ionenform durch unedle Metalle (Eisenstab in Kupfersulfatlösung).

Spannungsreihe der Metalle:

Ein Elektron, das von einem Atom abgegeben wird, muss nicht völlig von ihm entfernt werden. Es genügt schon, wenn eine polare kovalente Bindung mit einem elektronegativeren Atom geknüpft und die Bindungselektronen nur partiell abgezogen werden.

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