Ein neuer Ansatz zur Regelung von Plasmanitrierprozessen mittels Plasmanitrierkennzahl* Translated title: A new Approach to Plasma Nitriding Process Control through Plasma Nitriding Potential

Kurzfassung

Das Plasmanitrieren ist ein thermochemisches Wärmebehandlungsverfahren für Stahlbauteile, bei dem durch die Bildung einer Nitridschicht der Verschleißwiderstand, die Dauerfestigkeit und die Korrosionsbeständigkeit erhöht werden. Plasmanitrieren wird nach dem Stand der Technik mit festen Begasungsraten und Plasmaparametern durchgeführt. Aktuelle Forschungsergebnisse zeigen, dass in der Plasmanitrieratmosphäre aus den Prozessgasen Stickstoff und Wasserstoff signifikante und charakteristische Mengen Ammoniak gebildet werden. Das Ziel dieser Untersuchungen ist es, daraus Grundlagen für eine Regelung abzuleiten. Hierzu wird der Einfluss einiger Plasmaparameter auf die Atmosphäre sowie auf die Bildung von Ammoniak beim Plasmanitrieren ermittelt. Der Ammoniakgehalt wird mittels geeigneter Analysatoren im Abgasstrom gemessen. Aus den Gasanteilen der Atmosphäre und des Abgases kann eine Plasmanitrierkennzahl berechnet werden, die mit der Nitrierkennzahl aus dem Gasnitrieren vergleichbar ist. Durch die Anwendung der Plasmanitrierkennzahl lassen sich die Nitrierergebnisse bezüglich der Bildung und Zusammensetzung der Verbindungsschicht geregelt einstellen.

Abstract

Plasmanitriding is a thermochemical surface heat treatment of steel components to produce compound layers which increase wear-, corrosion- and fatigue resistance. State of the art in process control is a fixed ratio of process gases and treatment parameters. Research in plasmanitriding lately showed that there is a significant and characteristic amount of ammonia formed by the reaction of the process gases nitrogen and hydrogen. This research paper is aiming to analyze the influence of plasma treatment parameters on the atmosphere and the formation of ammonia during plasmanitriding to establish better process control. The ammonia content is measured in the exhaust gas. Through measuring the fractions of the atmosphere and the content of ammonia in the exhaust gas, calculation of plasma nitriding potential similar to gas nitriding potential is possible. Its practicability as process control parameter is shown by adjusting the nitriding results such as formation and composition of compound layer through controlled plasma nitriding potential.