Wärmebehandlungen

Nach der Abscheidung können die NIPLATE® Beschichtungen Wärmebehandlungen nach der chemischen Vernickelung unterzogen werden, abhängig vom Grundwerkstoff, den geforderten Leistungen und den technischen Spezifikationen des Bauteils.
Die am häufigsten angewendeten Wärmebehandlungen sind die Dehydrierung und die Härtung der Beschichtung.

Diese Behandlungen sind nicht als standardmäßige optionale Schritte zu verstehen, sondern als technische Maßnahmen, die bewusst zu bewerten sind, da sie sowohl die Eigenschaften der chemischen Nickelbeschichtung als auch in einigen Fällen die mechanischen Eigenschaften des Grundwerkstoffs beeinflussen.

Dehydrierung

Während der Vorbehandlung und der chemischen Vernickelung kann es zu einer Diffusion von atomarem Wasserstoff in die Metallmatrix der Beschichtung und des Substrats kommen. Dieses Phänomen kann, wenn es nicht kontrolliert wird, zu einer Verschlechterung der mechanischen Eigenschaften des Werkstoffs führen, bekannt als Wasserstoffversprödung.

Die Wasserstoffversprödung ist ein besonders relevantes Risiko für:

• hochfeste Stähle,
• Titanlegierungen,
• Werkstoffe, die empfindlich auf in der Kristallstruktur diffundierten Wasserstoff reagieren.

Im Prozess der chemischen Vernickelung führt das Fehlen eines elektrischen Stroms zu einer deutlich geringeren Wasserstoffeinbringung als bei herkömmlichen galvanischen Beschichtungen wie Verchromung oder elektrolytischer Vernickelung. Bei kritischen Werkstoffen oder besonders strengen Spezifikationen bleibt die Dehydrierung jedoch eine empfohlene vorbeugende Maßnahme.

Insbesondere wird die Dehydrierungsbehandlung für Stähle mit einer Zugfestigkeit von mehr als 1000 MPa sowie für vergütete oder einsatzgehärtete Stähle empfohlen.

Die Dehydrierung besteht aus einer Niedertemperatur-Wärmebehandlung, die typischerweise bei 150–180 °C für eine Dauer von etwa 4 Stunden durchgeführt wird, um die Diffusion und das Austreten von Restwasserstoff aus dem System Beschichtung–Substrat zu fördern.

Härtung der Beschichtung

Chemisch vernickelte NIPLATE® Beschichtungen können einer Härtungswärmebehandlung unterzogen werden, um die Härte und die Verschleißfestigkeit zu erhöhen.

Die Härtung erfolgt durch eine strukturelle Umwandlung der Nickel-Phosphor-Legierung: Die Wärmebehandlung bewirkt die Bildung von Ni₃P-Ausscheidungen innerhalb der Beschichtungsmatrix. Diese Aggregate erhöhen die Oberflächenhärte deutlich und verbessern das tribologische Verhalten der Beschichtung.

Abhängig von Temperatur und Behandlungszeit kann die Härte der Abscheidung steigen:

• von typischen Anfangswerten von 500–600 HV,
• bis auf Werte in der Größenordnung von 1000–1100 HV.

Die am häufigsten verwendeten Härtungszyklen sind:

• 260–280 °C für 8 Stunden, oder
• 330–350 °C für 4 Stunden,

mit progressiven Verbesserungen der mechanischen Leistungsfähigkeit der Beschichtung bei steigender Behandlungstemperatur.

Es ist zu berücksichtigen, dass die Härtungsbehandlung in erster Linie die Beschichtung betrifft, jedoch auch den Grundwerkstoff beeinflussen kann, insbesondere bei Legierungen, die empfindlich auf thermische Zyklen reagieren.