Oberflächensegregationseffekte in Duplexstahl während Plasmadiffusionsbehandlungen          unter Verwendung eines festen Kohlenstoff-Präkursors

DFG-Verbundprojekt 557879687

Das Kooperationsprojekt des Instituts für Werkstofftechnik (IWT) der TU Bergakademie Freiberg und des Leibniz-Instituts für Oberflächenmodifizierung e.V. (IOM) Leipzig untersucht die Oberflächenmodifikation von Duplexstahl durch Plasmanitrocarburieren unter Verwendung eines festen Kohlenstoffmaterials. Ziel ist die Entwicklung einer alternativen Prozessroute, die eine geringere thermische Belastung der Stahloberfläche ermöglicht, sowie die umfassende Untersuchung der Zusammenhänge zwischen Kohlenstoffpräkursor, Prozessgaszusammensetzung, Schichtbildung und resultierenden Werkstoffeigenschaften. Dabei wird geprüft, wie verschiedene Kohlenstoffmaterialien die Reaktionsgaszusammensetzung beeinflussen und welchen Einfluss Nitrocarburieren unter Afterglow-Bedingungen auf die Bildung kohlenstoffreicher Schichten, die Entmischung von Legierungselementen und die Diffusionsprozesse im Duplexstahl hat. Ein besonderer Fokus liegt auf den Auswirkungen der modifizierten Oberflächenstruktur auf das Korrosionsverhalten. Die Untersuchung der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Korrelationen mit komplementären Methoden beider Forschungsgruppen soll neue grundlegende Erkenntnisse zum Nitrocarburieren von Duplexstahl liefern.

Im Rahmen des Projektes wurden erste Orientierungsversuche zur Plasmanitrocarburierung von Duplexstahl unter Verwendung fester Kohlenstoffquellen durchgeführt. Eine erste Versuchsserie umfasste Materialbehandlungen mit Variation der Prozessparameter N₂-H₂-Gaszusammensetzung, Spannung an der Kohlenstoffquelle und Behandlungstemperatur. Dabei wurden zwei unterschiedliche Kohlenstoffmaterialien, kohlenstofffaserverstärkter Kohlenstoff (CFC) und Graphit, als Kohlenstoffquelle eingesetzt. Die behandelten Proben wurden hinsichtlich der erzeugten Oberflächenmodifikation charakterisiert. Hierzu erfolgten Untersuchungen des Schichtaufbaus, der Gefügeentwicklung, der oberflächennahen Elementverteilung sowie ergänzende Härtemessungen zur Bewertung der mechanischen Eigenschaften der modifizierten Randschichten. Eine zweite Versuchsserie erfolgte mittels laserabsorptionsspektroskopischer (LAS) Messungen an einer neu entwickelten Modellprobe, die aus den jeweiligen Kohlenstoffmaterialien CFC bzw. Graphit gefertigt wurde. Durch Variation der Prozessparameter analog zu den Materialbehandlungen wurde der Einfluss der Kohlenstoffquelle und der Prozessbedingungen auf die resultierende Reaktionsgaszusammensetzung untersucht. Die Ergebnisse bilden die Grundlage für die weitere systematische Untersuchung der Prozess-Struktur-Eigenschafts-Zusammenhänge