Die Kombination von Plasmanitrierung und plasmagestützter Schichtabscheidung aus der Gasphase (PACVD) in einem Verfahrensablauf

Diese Arbeit befaßt sich mit der Kombination von Puls-Plasma-Nietrierung und anschließender plasmagestützter Schichtabscheidung aus der Gasphase (PACVD-Plasma Assisted Chemical Vapor Deposition) in einem Verfahrensablauf. Die Methode wurde beispielhaft an kombinationsbeschichteten Maschinenkomponenten aus dem Bereich der Warmumformung von Stahlbauteilen und der Extrusion von Kunststoffen angewendet. Die bisher zu dieser Thematik durchgeführten Arbeiten behandeln diese Verfahrenskombination entweder nur im Labormaßstab oder aber in zwei zwar aufeinander abgestimmten aber getrennt ablaufenden Vorgängen. Zur Durchführung der Versuche wurde eine konventionelle Plasmanitrieranlage mit industriellen Abmessungen zu einer PACVD-Anlage weiterentwickelt, so daß eine Kombinationsbehandlung in einem Verfahrensablauf vorgenommen werden konnte. Bei der Nitrier-Diffusionsbehandlung entsteht in Abhängigkeit von den Nitrierparametern und Werkstoffzusammensetzung nicht nur eine Diffusionsschicht, sonder n unter Umständen auch eine Verbindungsschicht und ein Porensaum. Für die nachfolgende Beschichtung ist die Ausbildung dieser Schichten zu vermeiden. Der Erzielung einer verbindungsschicht- und porensaumfreien Nitrierung mit ausreichender Diffusionsschichtdicke diente die Variation der Nitrierparameter. Diese Arbeiten führten an den ausgewählten Werkstoffen zu Parametern, die eine Nitrierung mit verbindungsschichtfreier Oberfläche und definierter Nitrierhärtetiefe ermöglichen. Ziel der Beschichtungsversuche war es, eine Steigerung des Schichtwachstums und der Schichthärte von Titannitridschichten bei einer Beschichtungstemperatur von 530øC mit geringen Chlorgehalten zu erreichen. Die Werte der Gasflüsse, des Titanspenders und die Verweilzeit wurden variiert. Im Gegensatz zu Hoch- und Mitteltemperatur CVD-Verfahren (700øC bis 1200øC) konnten hierbei texturfreie, feinkristalline (Korngröße 12nm) TiN-Schichten, hoher Härte (HV 2400) ohne Schichtdefekte abgeschieden werden. Durch die Komb i nationsbehandlung aus Nitrierung und Hartstoffbeschichtung konnte gegenüber der reinen Beschichtung ein stetiger Übergang der Härte von der behandelten Zone zum Kernwerkstoff erzielt werden. Durch den Nitriervorgang wurde eine warmfeste und korrosionsbeständige Randzonenhärtung erreicht, die einer nachfolgenden Hartstoffbeschichtung mit geringer Wechselwirkungstendenz und hoher Härte die notwendige Abstützung bietet. Der Einsatz von kombinationsbeschichteten Maschinenkomponenten führt bei den untersuchten Anwendungen zur Erhöhung der Standzeiten. Dadurch werden Leistungssteigerungen und eine erhöhte Produktionssicherheit erreicht.