Diffusionsbasierte Oberflächenhärtungs-technologie für Edelstahl und andere Speziallegierungen
Die patentierte Expanite-Oberflächenhärtungstechnologie für Edelstahl bietet im Vergleich zu herkömmlichen Oberflächenhärtungsverfahren – einschließlich Beschichtungen und Wärmebehandlungen – zahlreiche Vorteile. Die wesentlichen Vorteile sind eine verbesserte Verschleiß- und Fressbeständigkeit sowie eine potenziell verbesserte Korrosionsbeständigkeit.
Im Vergleich zu traditionellen, oft kostenintensiven Härtungsverfahren wie klassischen Diffusionsprozessen, DLC-/PVD-Beschichtungen und Hartchrombeschichtungen senkt die diffusionsbasierte Härtung von Expanite die Kosten und CO₂-Emissionen und kommt ohne den Einsatz gefährlicher Chemikalien aus.
Gleichzeitig arbeitet Expanite nach zertifizierten Managementsystemen gemäß ISO 9001 und ISO 14001 und erfüllt relevante Branchenanforderungen wie CQI-9. Diese Kombination ermöglicht es Herstellern, die Produktleistung zu verbessern und gleichzeitig regulatorische, Nachhaltigkeits- und Prozesssicherheitsanforderungen einzuhalten – gestützt durch zertifizierte Managementsysteme und etablierte Industriestandards – bei gleichzeitiger Kostenreduktion.
Die gasbasierten Prozesse von Expanite finden in elektrisch beheizten Öfen bei vergleichsweise niedrigen Temperaturen statt und kommen ohne den Einsatz gefährlicher Materialien oder Chemikalien aus. Dadurch fallen weder chemische Emissionen noch Abfälle an. Die Expanite-Prozesse sind auf nichtrostende Stähle, Nickelbasislegierungen und Titanlegierungen anwendbar.
Der Expanite-Ansatz ist das, was Fachleute als „thermochemische Umwandlung“ bezeichnen, oder anders ausgedrückt als ein diffusionsbasiertes Randschichthärtungsverfahren. Das von Expanite angebotene Verfahren kann beispielsweise bei austenitischen Legierungen aus zwei Prozessschritten bestehen.
Der erste Schritt ist ExpaniteHigh-T, ein vakuumbasierter Lösungsglüh-Nitrierprozess, der das Grundmaterial wärmebehandelt und im Vergleich zwischen Oberfläche und Kern nur eine begrenzte Härtesteigerung bewirkt. Der zweite Schritt, ExpaniteLow-T, erzeugt eine Umwandlungsschicht aus expandiertem Austenit. Zusammen wird dieses Prozessbeispiel als SuperExpanite bezeichnet.
Es wird kein Material auf die Bauteiloberfläche aufgebracht oder abgeschieden. Stattdessen entsteht durch die präzise Kontrolle der Prozessparameter eine feste Lösung aus interstitiell gelösten, großen Mengen an Stickstoff- und Kohlenstoffatomen. Diese interstitiellen Atome besetzen oktaedrische Zwischengitterplätze des Kristallgitters und sind für die induzierten Druckeigenspannungen im behandelten Bereich verantwortlich. Dieser Effekt führt zu einer erhöhten Härte und damit zu verbesserten Verschleiß-, Fress- (Galling-) und weiteren mechanischen Eigenschaften.
Der SuperExpanite-Prozess erfordert keine aufwendigen Vorbehandlungsschritte, wie sie traditionell notwendig sind, um die passive Schicht zu entfernen, die die Aufnahme von Atomen aus der Prozessatmosphäre verhindert. Die passive Oxidschicht ist eine natürliche Schutzbarriere auf der Oberfläche nichtrostender Stähle und für Atome undurchdringlich.
Im Expanite-Prozess wird diese passive Oxidschicht während der Behandlung in situ unter Nutzung derselben Prozessatmosphäre reduziert. Nach Abschluss des Prozesses wird die Oberfläche der atmosphärischen Luft ausgesetzt und passiviert erneut, wodurch die Korrosionsbeständigkeit des Werkstoffs erhalten bleibt.
Da Expanite ein gasbasierter Diffusionsprozess ist (und keine Beschichtung), wird die Gleichmäßigkeit der Behandlung nicht durch komplexe Geometrien eingeschränkt. Zudem macht der Verzicht auf nachgelagerte Bearbeitungsschritte wie Schleifen oder Polieren die Gesamtbehandlung deutlich einfacher und kürzer, während die Endgeometrie der Bauteile stabiler bleibt.
Abhängig von der Legierung erreicht Expanite eine hohe Oberflächenhärte von bis zu 1300 HV.
In standardisierten Prüfungen senkt die Expanite-Behandlung die Verschleißrate austenitischer nichtrostender Stähle im Vergleich zum unbehandelten Material um mehr als den Faktor 100. Diese Verbesserung ist auf die Erhöhung der Oberflächenhärte um den Faktor 5 oder mehr (bis zu 1300 HV0,05) zurückzuführen. Testergebnisse herunterladen
Die Eindringtiefe der Behandlung variiert und ist von der jeweiligen Endanwendung abhängig; typische Werte liegen jedoch im Bereich von 10–30 µm.
Die Standardbehandlungstiefe von 20 µm bietet auch dann Schutz vor Verschleiß, wenn harte Partikel als „Third-Body“-Partikel vorhanden sind. Diese Härtesteigerung ist zudem für eine deutliche Verbesserung der Beständigkeit gegen adhäsiven Verschleiß verantwortlich – sowohl das Risiko von Kaltverschweißen als auch dessen dynamische Form, das sogenannte Fressen (Galling), werden über die Streckgrenze austenitischer nichtrostender Stähle hinaus wirksam reduziert.
Dies ermöglicht einen gleichmäßigen und störungsfreien Betrieb von Ventilkomponenten, selbst unter hohen Lasten und nach langen Stillstandszeiten.
Eine der größten Errungenschaften der Expanite-Behandlung, die sie deutlich von anderen Verfahren abhebt, ist die nachgewiesene Verbesserung der Beständigkeit gegen Lochfraßkorrosion bei austenitischen Bauteilen, die mit SuperExpanite behandelt wurden.(Ergebnisse der Korrosionsprüfung) Durch den in der Oberfläche gelösten Stickstoff steigt die PREN-Zahl und damit auch das Durchbruchspotenzial – das heißt, die Oberfläche bleibt passiv über das hinaus, was beim unbehandelten Material möglich ist.
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