Erhohung der tribologischen Beanspruchbarkeit von Aluminiumwerkstoffen durch die Kombination von Randschichtumschmelzlegieren und Nitrieren

摘要

Der Oberflache von Bauteilen aus Aluminiumlegierungen werden durch ein Plasmanitrieren erheblich verbesserte tribologische Eigenschaften verliehen. Die dunnen, harten Aluminiumnitridschichten versagen jedoch bei hohen Flachenpressungen durch die plastische Verformung des weichen Al-Substrates. Um nitrierte Al-Legierungen auch fur tribologisch hohe Beanspruchungen nutzbar zu machen, sind zusatzliche Massnahmen zur Abstutzung der Nitridschicht notwendig. Dafur eignen sich hervorragend thermische Elektronenstrahl(EB)-Flussigphasenbehandlungen wie das EB-Umschmelzlegieren (EBUL). Dabei werden durch das lokale Einlegieren eines geeigneten Zusatzstoffes die chemische Zusammensetzung der Randschicht modifiziert und neuartige, beanspruchungsgerechte Randschichten erzeugt. Die Kombination des EBUL mit dem Plasmanitrieren verbindet eine tief reichende Randschichtverfestigung mit der Erzeugung einer dunnen, harten Schicht und ermoglicht so die Herstellung gradierter Randschichtverbunde. Diese Verfahrenskombination, bestehend aus EB-Umschmelz-legieren mit Kupfer-, Nickel- und Eisen-Basis-Zusatzstoffen und Plasmanitrieren, wurde am Beispiel einer Al-Guss-(AlSi10Mg) bzw. Knetlegierung (AlMg4,5Mn0,7) untersucht. Der Fokus der Untersuchungen lag dabei auf der Bewertung der metallurgischen Kompatibilitat beider Prozesse im Hinblick auf die thermische Stabilitat der EBUL-Schichten bei Nitriertemperatur (470℃) und deren Eignung fur die Erzeugung einer Nitridschicht durch das nachfolgende Plasmanitrieren. Die durchgefuhrten Verschleissversuche verdeutlichen das Potenzial dieser Duplexbehandlung fur Al-Legierungen.