Gefördert von der Dr. Erich-Krüger-Stiftung der TU Bergakademie Freiberg

Das Forschungsprojekt „Plasma-C“ zielt auf die Weiterentwicklung einer neuartigen, am Institut für Werkstofftechnik der TU Bergakademie Freiberg entwickelten Technologie zum plasmagestützten Nitrocarburieren mit einer festen Kohlenstoffquelle. Im Gegensatz zu etablierten Verfahren werden dabei reaktive Kohlenstoffverbindungen direkt im Prozess durch ein N₂-H₂-Plasma an einer Kohlenstoffoberfläche erzeugt, wodurch auf umweltbelastende Cyanatsalze sowie gasförmige Kohlenstoffträger wie Methan oder CO/CO₂ verzichtet werden kann. Die Technologie ermöglicht eine effiziente, ressourcenschonende und elektrifizierte Oberflächenbehandlung mit verkürzten Prozesszeiten. Ziel des Projektes ist die Überführung des bislang im Labormaßstab nachgewiesenen Verfahrens in den Technikums-Maßstab sowie die Demonstration an industriell relevanten Bauteilen. Hierzu werden geeignete Kohlenstoffmaterialien, Prozessparameter und Anlagenkonzepte untersucht und optimiert. Die erzeugten Randschichten werden hinsichtlich ihrer Eigenschaften, insbesondere Härte, Verschleiß- und Korrosionsbeständigkeit, bewertet. Aufbauend auf den Ergebnissen sollen anwendungsnahe Prozess- und Anlagenkonzepte entwickelt und die Grundlage für eine industrielle Umsetzung geschaffen werden.

Im Rahmen des Projektes wurden erste Arbeiten zur Umsetzung und Weiterentwicklung der plasmagestützten Nitrocarburiertechnologie durchgeführt. Die vorhandene Aktivgitter-Plasmanitrieranlage (ASPN-Anlage) wurde umfassend umgerüstet und für zukünftige industrienahe Untersuchungen vorbereitet. Hierzu erfolgte die Installation eines neuen Aktivgittergenerators sowie die Erneuerung der Steuerungshardware und -software unter Berücksichtigung aktueller industrieller Sicherheitsanforderungen. Zusätzlich wurde die Gasmischstation vollständig modernisiert und mit zeitgemäßer Messtechnik ausgestattet. Im Anschluss wurden erste Materialbehandlungen mit der neuen Prozessführung durchgeführt und die erzeugten Randschichten mittels geeigneter analytischer Methoden untersucht. Parallel erfolgten orientierende Untersuchungen zum Einsatz unterschiedlicher Kohlenstoffmaterialien (CFC und Graphit) innerhalb von Plasmanitrocarburier-Prozessstrategien. Darüber hinaus wurden erste Abstimmungen mit regionalen Industriepartnern durchgeführt, um Anforderungen an zukünftige Anwendungen sowie geeignete Werkstoffe und Bauteilgeometrien für die Demonstrationsversuche zu erfassen. Die gewonnenen Erkenntnisse dienen als Grundlage für die weitere Optimierung der Prozessparameter, die Bewertung geeigneter Kohlenstoffquellen sowie die Übertragung der Technologie auf industrienahe Anwendungen.