Grundlagenuntersuchungen zur Hochrate-Plasmadiffusionsbehandlung von austenitischen nichtrostenden Stahlblechen

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Plasmadiffusionsbehandlungen von ferritischen und austenitischen Stahlbändern sind im Rahmen der Megatrends Umwelt / alternative Antriebe / Ressourceneffizienz zur kostengünstigen Massenherstellung von Bauteilen zunehmend interessant, so z. B. für die Herstellung von metallischen bipolaren Platten für Brennstoffzellen, kornorientiertem Elektroband mit minimierten magnetischen Verlusten oder für den ressourceneffizienten Korrosionsschutz von Edelstahloberflächen. Für die wirtschaftliche Massenfertigung solcher oberflächenmodifizierter Werkstoffe sind neuartige kontinuierliche Bandprozesse mit entsprechend sehr hohen Behandlungsraten erforderlich. Die technisch etablierten Plasmadiffusionsbehandlungen weisen diese Raten bisher bei weitem nicht auf, so dass grundlegende Weiterentwicklungen der Prozesse notwendig sind. Ziel des Vorhabens ist die Untersuchung neuartiger Niederdruckverfahren für das Plasmanitrieren von Stahlbändern, speziell mit Hinblick auf eine deutliche Steigerung der Rate im Vergleich zu konventionellen Prozessen. Grundlage des Verfahrens ist eine Hohlkathoden-Glimmentladung. Dabei wird eine neuartige, speziell auf die Anwendung in Bandprozessen zugeschnittene Anordnung erforscht, bei der das Stahlblech selbst die Hauptelektrode bildet und mittels des intensiven Plasmas auf die erforderliche Behandlungstemperatur erwärmt wird. In der Hohlkathoden-Anordnung kann ein sehr hoher Ionisationsgrad bzw. eine sehr hohe Plasmadichte erreicht werden. Durch Einführung von magnetischen Feldern werden Stabilität und Gleichförmigkeit des Plasmas erheblich verbessert; durch zyklische Aufheizung und Abkühlung des Bandes während der Plasmabehandlung soll die Diffusionsgeschwindigkeit signifikant erhöht werden.