Stickstofftransport während der plasmagestützten Randaufstickung nichtrostender Stähle - der Einfluß der passivierenden Oxidschicht

Plasmagestütztes Randaufsticken ist eine erfolgversprechende Technologie zur Verbesserung der Verschleiß- und der Korrosionseigenschaften von Bauteilen aus nichtrostendem Stahl. Bei moderaten Temperaturen (ca. 400°C) kann eine Randschicht mit einem hohem Gehalt an gelöstem Stickstoff (ca. 20at.%) erzeugt werden. Diese Randschicht weist eine deutlich erhöhte Härte und Verschleißbeständigkeit und eine hervorragende Korrosionsbeständigkeit auf. Die Prozesse, die zur Bildung dieser Randschicht führen, sind weitgehend unverstanden. Um den Einfluß der passivierenden Oxidschicht auf die Bildung der stickstoffreichen Randschicht zu untersuchen, ist ein in-situ Experiment mit einer gekreuzten Strahlgeometrie aufgebaut worden. Bei kontrollierten Restgaszusammensetzungen wird während des plasmagestützten Randaufstickens zeit- und tiefenaufgelöste Elementanalyse betrieben. Dabei wird zum Randaufsticken eine Hochstrom-Ionenquelle und zur tiefenaufgelöste Elementanalyse „elastic recoil detection analysis“ (ERDA) verwendet. ERDA ist sensitiv auf die leichten Elemente und wurde hier hinsichtlich schneller Datenaufnahme optimiert. Quantitative zeitaufgelöste Messungen der Elementverteilungen werden für verschiedene Sauerstoffpartialdrücke vorgestellt. Die Bildung der stickstoffreichen Randschicht ist stark mit der Reduzierung der Oxidschicht korreliert. Hohe Sauerstoffpartialdrücke stabilisieren die Oxidschicht. Dieses Ergebnis stimmt gut überein mit einem einfachen Transportmodell, das die Sauerstoffadsorptionsrate und die Zerstäubungsrate berücksichtigt.