InPro-F

Innovatives Plasmanitrieren durch dynamische Prozesskontrolle mittels optischer Frequenzkämme

Herausforderungen in der industriellen Oberflächenhärtung

Mit Nitrier- und Nitrocarburierverfahren werden industriell die Härte, Verschleiß- und Dauerschwingfestigkeit von metallischen Oberflächen verbessert. Hierbei wird thermochemisch Stickstoff bzw. Kohlenstoff in die metallische Oberfläche eindiffundiert, was zur Bildung von äußerst strapazierfähigen und abriebfesten Oberflächen führt. Ein großer Bedarf an derart modifizierten Bauteilen besteht u. a. in der so wichtigen Automobil- und Luftfahrtindustrie sowie im Werkzeugbau.

Gängige Praxis in der industriellen Oberflächenhärtung ist bisher aufgrund der einfachen Handhabung das sogenannte Gasnitrieren. Das in Bezug auf Umweltbelastung, Ressourcenausnutzung und Auswahl behandelbarer Materialien wesentlich vorteilhaftere Verfahren des sogenannten Plasmanitrierens hat bisher nur eine geringe Marktakzeptanz. Wesentliche Gründe dafür liegen in der bisher fehlenden kennzahlgesteuerten Prozessführung. Die komplexeren Prozesse während des Plasmanitrierens ermöglichen bis heute nur eine rein statische, empirische Prozessführung, welche die großen Einsparpotenziale nicht annähernd ausschöpft.

Mit der Bereitstellung einer dynamischen, kennzahlgesteuerten Prozesssteuerung basierend auf in-situ Meßwerten wird das Verfahren des Plasmanitrierens industriell wesentlich besser handhabbar werden. Genau hier setzt das Vorhaben InPro-F an mit dem Ziel, fortschrittliche Methoden der Laserabsorptionsspektroskopie im infraroten Spektralbereich zu nutzen.

Innovativer Ansatz für eine in-situ Prozesskontrolle im Plasmanitrieren

Die Laserabsorptionsspektroskopie im infraroten Spektralbereich ist eine geeignete Methode zur optischen Prozesskontrolle. Konventionelle Spektroskopiesysteme wären für den Einsatz in der industriellen Plasmanitrierung zu komplex und zu teuer, da viele Laserquellen erforderlich wären um die prozessrelevanten Gas- und Molekülkonzentrationen auszumessen. Mit Hilfe eines optischen Frequenzkammes, der viele tausende Laser ersetzt, können dagegen simultan Konzentrationen dieser Spezies erfasst und einer Prozesssteuerung bereitgestellt werden. Die Bedingungen in der industriellen Plasmanitrierung stellen jedoch hohe Anforderungen unter anderem an Kompaktheit, Robustheit und Auflösungsvermögen. Hierfür erforderliche neue Techniken und innovative Komponenten eines frequenzkammbasierten Spektroskopiesystems sollen im Rahmen des Verbundprojektes InPro-F entwickelt werden.

Im Verbundprojekt werden die KMU Menlo Systems GmbH und neoplas control GmbH die nötigen Entwicklungen zusammen mit dem Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. als akademischem Partner durchführen. Die Firma Rübig GmbH & Co. KG formuliert als führender Hersteller für Nitrieranlagen die entsprechenden Anforderungen, begleitet die Entwicklungen und stellt dafür sowohl die industrielle Expertise als auch Nitrieranlagen für Entwicklungen, Tests und Verifikationen zur Verfügung.

Das Projektziel ist ein Demonstrator eines in Prozessen des industriellen Plasmanitrierens einsetzbaren, kompakten und robusten Frequenzkammsystems, welcher eine in-situ Prozesskontrolle erlauben und damit das kommerzielle und ökologische Einsparpotenzial dieses Verfahrens zugänglich machen wird. Für die KMU wird sich ein neuer Absatzmarkt mit langfristigem Wachstumspotential eröffnen, und der assoziierte Partner wird seine Marktführerschaft festigen können.

Ansprechpartner

Dipl.-Phys.Gerhard Funke
+49 211 6214-627

Projektdetails

Koordinator

Dr.Marc Fischer
Menlo Systems GmbH
Am Klopferspitz 19 a, 82152Planegg
+49 89 189166-210

Projektvolumen

2.109.846 EUR (52,9% Förderanteil durch das BMBF)

Projektdauer

01.05.2019 - 30.04.2022

Projektpartner

Menlo Systems GmbHPlanegg
neoplas control GmbHGreifswald
Leibniz-Institut für Plasmaforschung und Technologie e. V. (INP)Greifswald
RÜBIG GmbH & Co. KG (internationaler Partner)Wels