Heterogene Glühgas/Metall-Reaktionen in der Schmelztauchveredelung höherfester Mehrphasenstähle

In der vorliegenden Arbeit werden die heterogenen Glühgas/Metall-Reaktionen in Durchlaufglühen von kontinuierlichen Feuerverzinkungsanlagen und deren Auswirkungen auf die Beschichtbarkeit von legierten Mehrphasenstählen integral betrachtet. Es wird gezeigt, dass es möglich ist, durch die Änderung der Glühgaszusammensetzung bezüglich Taupunkt und Wasserstoffanteil das Adsorptions-/Desorptions-Gleichgewicht an der Grenzfläche Glühgas/Metall zu nutzen und auf diesen Wegen die Oberflächenreaktivität von hochfesten Mehrphasenstählen zu steuern. Besonders die Voroxidation hat sich als effektive Technologie erwiesen, die Oberfläche von legierten Mehrphasenstählen (z.B. Si-TRIP mit 1,5 Gew.-% Silizium) zu modifizieren und somit deren Feuerverzinkung zu ermöglichen. Es wird nachgewiesen, dass die heterogenen Glühgas/Metall-Reaktionen nicht nur die Chemie der Oberfläche eines Mehrphasenstahls signifikant beeinflussen. Für ein optimales Beschichtungsergebnis ist ebenso die Struktur des Sub-Surface-Bereiches eines beschichteten Werkstoffs ausführlich zu betrachten. Für die Modellierung der selektiven Oxidation wird ausgearbeitet, dass die im Sub-Surface erfolgenden Diffusionsprozesse einen signifikanten Einfluss auf die Phasenzusammensetzung des Sub-Surface beim interkritischen Glühen haben. Diese lassen das Erreichen eines Gleichgewichtszustands während der interkritischen Glühung bezüglich der Phasenzusammensetzung des Sub-Surface nicht zu, da sowohl Randentkohlung wie auch selektive Oxidation parallel und fortwährend erfolgen.
Neben der klassischen Methoden der Oberflächencharakterisierung werden die gewonnenen Erkenntnisse mit einer neuen Methode verknüpft. Es zeigt sich, dass die in-situ-Massenspektrometrie in einer neu konzipierten Laborsimulationsanlage vielversprechende Ansätze bietet, neue Erkenntnisse zu gewinnen. Mit dieser Methode kann dargelegt werden, dass die notwendige Aktivierungsenergie zur Reduktion nano-skaliger Eisenoxidschichten deutlich geringer ist als bisher in der Literatur bekannt. Die in-situ-Massenspektrometrie der Glühgasatmosphäre ermöglicht es, die verschieden Stadien der heterogenen Oxidation von Kohlenstoff einer Legierung zu verfolgen.
Für die Zukunft des Schmelztauchens kann aufgezeigt werden, dass es für eine Verbesserung der Beschichtbarkeit von legierten Mehrphasenstählen gilt, den Mechanismus der reaktiven Benetzung von Manganoxiden intensiv zu erforschen.