Plasmadiffusionsbehandlung

Zum Härten von Bauteilen werden diese in diversen Medien auf die nötige Temperatur erhitzt um die Gefügestruktur der Werkstück-Oberflächen über thermo-chemische Reaktionen so zu verändern, dass bestimmte Werkstoffeigenschaften erzeugt werden können. Als Medium dienen Öle, Gase, Pulver oder Salzbäder. In den letzten Jahren wurde als weiteres Medium das Plasma entwickelt und mit Förderinitiativen des Bundes tatkräftig unterstützt. Federführend in der Erforschung der Plasmatechnologie ist das Frauenhoferinstitut. Ziel der Forschung ist es, die Plasmatechnologie Industriefähig nutzbar zu machen und die Technologieführerschaft deutscher Unternehmen und die Marktdurchdringung zu fördern.

Plasma ist ein vielseitiges und innovatives Werkzeug

Plasma ist ionisiertes Gas und wird oft als „4. Aggregatzustand“ bezeichnet. Für die Herstellung von Plasma wird Energie mit Hilfe von elektrischen und magnetischen Feldern in ein Gas eingekoppelt. Plasma entsteht also die energetische Anregung eines Gases. Der große Vorteil von Plasma im Vergleich zu anderen Härte-Medien ist die umweltschonendere Herstellung und eine Reduzierung von Lösungsmitteln. Zudem können durch das Zusammenführen von nicht-thermischen Plasmaverfahren mit anderen Methoden (katalytischer Behandlung, Adsorption) neuartige Konzepte für die Abluft- und Abgasnachbehandlung entstehen.

In der Oberflächenbehandlung ist der Einsatz von Plasma schon lange Gang und Gäbe, wobei die zugrundeliegenden Prozesse noch nicht verstanden sind. Ein großes Problem bei der Wärmebehandlung industrieller Bauteile mit Plasma war in der Vergangenheit, dass es sich bei dem Plasma weitestgehend um Niederdruckplasma handelte. Für die Wärmebehandlung mussten die Werkstücke in Druckkammern platziert werden, was sehr aufwendig und damit kostenintensiv ist und sich nicht für größere Stückzahlen eignete. Mit der Mitte der 1990er Jahre entwickelteen Openair-Plasma-Technologie entfallen diese Nachteile, da dieses Verfahren unter Atmosphärendruck funktioniert.

Vorteile der Plasmadiffusionsbehandlung

• Schichteigenschaften lassen sich gezielt justieren
• Bestmögliche Konturtreue, was die Wärmebehandlung von geometrisch komplexen Werkstücken ermöglicht
• Umweltschonender als die Wärmebehandlung in anderen Medien
• Härten von nichtrostender Stahl im Niedertemperaturbereich
• Kombination mit Beschichtungstechniken wie dem Duplexverfahren möglich
• Wärmebehandlung und Feinreinigung in einem Prozess
• Verschlanken der Fertigungsprozesse und senken der Produktionskosten

Einsatzgebiete der Plasmadiffusionsbehandlung

• Plasmanitrieren austenitischer Stähle bei einem sehr hohem Korrosionswiderstand
• Duplex-Behandlung von Druckgusswerkzeugen
• Erhöhung der Verschleißbeständigkeit bei Werkstücken aus Titan
• Nitrieren von Hartchrom
• Verbindungsschichtfreies Nitrieren von Stählen zur Erhöhung der Ermüdungsfestigkeit
• Gleichmäßiges Plasmanitrieren von komplexen Werkstückformen wie Zahnrädern
• Plasmanitrieren von Aluminiumlegierungen