Laser-Nitrieren von Eisenwerkstoffen: Einflüsse des Werkstoffes, des Prozeßgases, der Laser-Frequenz und der Pulsdauer auf das Stickstoffprofil, die Phasenbildung und die daraus resultierenden mechanischen Eigenschaften

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Das Laser-Nitrieren stellt ein vielversprechendes Verfahren für die Oberflächenveredelung von Werkstoffen dar. Hierbei kann durch eine Kurzpuls-Laserbestrahlung eine große Menge Stickstoff in die Werkstoffoberfläche eingebracht werden. Obwohl der Effekt schon mehrfach beobachtet wurde, sind die grundlegenden sehr komplexen werkstoffphysikalischen Mechanismen noch ungeklärt. Sie hängen ab von den Parametern des Lasers, vom Werkstoff, aber auch vom Umgebungsgas. In diesem Projekt sollen das Laser-Nitrieren unterschiedlicher Eisenwerkstoffe (Eisen, Nitrierstähle, austenitischer Stahl) und die daraus resultierenden Oberflächeneigenschaften untersucht werden. Zur Anwendung kommen klassische Methoden der Werkstoffprüfung und Methoden der Ionenstrahlanalytik in Kombination mit einer mikrostrukturellen Phasenanalyse. Insbesondere soll festgestellt werden, wie tief die laser-beeinflußte Zone (Nitriertiefe) reicht, wieviel Stickstoff in den kurzen Zeiten aufgenommen werden kann (Materietransport), welche Phasen sich einstellen und welche Eigenschaften schließlich mit dieser Mikrostruktur verknüpft sind (Härte, Verschleiß). Neben dem Einfluß des Werkstoffes, soll das Augenmerk insbesondere auch auf den Einfluß der umgebenden Atmosphäre (Hintergrundgas) gelegt werden. Verschiedene Laser können eingesetzt werden und erlauben mittlerweile eine Nitrierung bei verschiedenen Wellenlängen für Pulsdauer bis hinunter zu 150 fs.