Skip to main content
Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A 12/2015

01.10.2015

The Effect of Hydrogen on Plasma Nitriding of Austenitic Stainless Steel: Kinetic Modeling

verfasst von: Teresa Moskalioviene, Arvaidas Galdikas

Erschienen in: Metallurgical and Materials Transactions A | Ausgabe 12/2015

Einloggen

Aktivieren Sie unsere intelligente Suche, um passende Fachinhalte oder Patente zu finden.

search-config
loading …

Abstract

The kinetic model of adsorption and stress-induced diffusion of nitrogen in austenitic stainless steels taking place during plasma nitriding using various mixtures of nitrogen and hydrogen is proposed. On the basis of proposed model, a numerical study has been undertaken to analyze and describe the effect of hydrogen on plasma nitriding of austenitic stainless steel. It was shown that the addition of hydrogen with concentrations in the range ~(30 to 40) pct enhances nitrogen penetration into steel. This is due to two factors: (1) reduction of the surface oxide due to chemical etching of the oxygen by hydrogen and (2) increase of NH radicals which are converted to active nitrogen atoms on the steel surface, i.e., the amount of adsorbed and diffused nitrogen increases. As a result, the thicker nitrogen-containing layer is observed. Moreover, results of numerical prediction show that an excessive amount of hydrogen (more than ~70 pct) in the gas mixture retards the nitriding process in comparison with nitriding in pure nitrogen plasma.

Sie haben noch keine Lizenz? Dann Informieren Sie sich jetzt über unsere Produkte:

Springer Professional "Wirtschaft+Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Wirtschaft+Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 102.000 Bücher
  • über 537 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Finance + Banking
  • Management + Führung
  • Marketing + Vertrieb
  • Maschinenbau + Werkstoffe
  • Versicherung + Risiko

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Springer Professional "Technik"

Online-Abonnement

Mit Springer Professional "Technik" erhalten Sie Zugriff auf:

  • über 67.000 Bücher
  • über 390 Zeitschriften

aus folgenden Fachgebieten:

  • Automobil + Motoren
  • Bauwesen + Immobilien
  • Business IT + Informatik
  • Elektrotechnik + Elektronik
  • Energie + Nachhaltigkeit
  • Maschinenbau + Werkstoffe




 

Jetzt Wissensvorsprung sichern!

Literatur
1.
Zurück zum Zitat V. Singh, K. Marchev, C.V. Cooper, E.I. Meletis: Surf. Coat. Technol., 2002, vol.160 p. 249.CrossRef V. Singh, K. Marchev, C.V. Cooper, E.I. Meletis: Surf. Coat. Technol., 2002, vol.160 p. 249.CrossRef
2.
Zurück zum Zitat S. Picard, J.B. Memet, R. Sabot, J.L. Grosseau-Poussard, J.P. Rivière, R. Meilland: Mater. Sci. Eng. A, 2001, vol. 303, pp. 163–172.CrossRef S. Picard, J.B. Memet, R. Sabot, J.L. Grosseau-Poussard, J.P. Rivière, R. Meilland: Mater. Sci. Eng. A, 2001, vol. 303, pp. 163–172.CrossRef
3.
Zurück zum Zitat E. Menthe and K.-T. Rie: Surf. Coat. Technol., 1999, vol. 116–119, pp. 199–204.CrossRef E. Menthe and K.-T. Rie: Surf. Coat. Technol., 1999, vol. 116–119, pp. 199–204.CrossRef
4.
Zurück zum Zitat Y. Zhao, B. Yu, L. Dong, H. Du, J. Xiao: Surf. Coat. Technol., 2012, vol. 210, pp. 90 – 96.CrossRef Y. Zhao, B. Yu, L. Dong, H. Du, J. Xiao: Surf. Coat. Technol., 2012, vol. 210, pp. 90 – 96.CrossRef
5.
Zurück zum Zitat J.M. Priest, M.J. Baldwin, M.P. Fewell, S.C. Haydon, G.A. Collins, K.T. Short, J. Tendys: Thin Solid Films, 1999, vol. 345, pp.113–118.CrossRef J.M. Priest, M.J. Baldwin, M.P. Fewell, S.C. Haydon, G.A. Collins, K.T. Short, J. Tendys: Thin Solid Films, 1999, vol. 345, pp.113–118.CrossRef
6.
Zurück zum Zitat S. Mändl, B. Fritzsche, D. Manova, D. Hirsch, H. Neumann, E. Richter, B. Rauschenbach: Surf. Coat. Technol., 2005, vol. 195, pp. 258–263.CrossRef S. Mändl, B. Fritzsche, D. Manova, D. Hirsch, H. Neumann, E. Richter, B. Rauschenbach: Surf. Coat. Technol., 2005, vol. 195, pp. 258–263.CrossRef
7.
Zurück zum Zitat T. Czerwiec, H. Michel, E. Bergmann: Surf. Coat. Technol., 1998, vol. 108–109, pp. 182–190.CrossRef T. Czerwiec, H. Michel, E. Bergmann: Surf. Coat. Technol., 1998, vol. 108–109, pp. 182–190.CrossRef
8.
Zurück zum Zitat T. Czerwiec, N. Renevier, H. Michel: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 131, pp. 267–277.CrossRef T. Czerwiec, N. Renevier, H. Michel: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 131, pp. 267–277.CrossRef
9.
10.
Zurück zum Zitat A. Szasz, D.J. Fabian, A. Henry, Z. Szaszne-Csih: J. Appl. Phys., 1989, vol. 66, pp. 5598–5601.CrossRef A. Szasz, D.J. Fabian, A. Henry, Z. Szaszne-Csih: J. Appl. Phys., 1989, vol. 66, pp. 5598–5601.CrossRef
11.
Zurück zum Zitat J. Bougdira, G. Henrion, M. Fabry: J. Phys. D: Appl. Phys., 1991, vol. 24, pp. 1076–1080.CrossRef J. Bougdira, G. Henrion, M. Fabry: J. Phys. D: Appl. Phys., 1991, vol. 24, pp. 1076–1080.CrossRef
12.
13.
Zurück zum Zitat D. Hovorka, J. Vlček, R. Čerstvý, J. Musil, P. Bělský, M. Ružička, J.G. Han: J. Vac. Sci. Technol. A, 2000, vol. 18, p. 2715.CrossRef D. Hovorka, J. Vlček, R. Čerstvý, J. Musil, P. Bělský, M. Ružička, J.G. Han: J. Vac. Sci. Technol. A, 2000, vol. 18, p. 2715.CrossRef
14.
Zurück zum Zitat A. Garamoon, U.M. Rashed, A. Abouelela, M.A. Eissa, A.H. Saudi, D.M. El-zeer, F. El-Hossary: IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, vol. 34, pp. 1066–1073.CrossRef A. Garamoon, U.M. Rashed, A. Abouelela, M.A. Eissa, A.H. Saudi, D.M. El-zeer, F. El-Hossary: IEEE Transactions on Plasma Science, 2006, vol. 34, pp. 1066–1073.CrossRef
15.
Zurück zum Zitat L. Wang, X. Xu, Z. Yu, Z. Hei: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 124, pp. 93–96.CrossRef L. Wang, X. Xu, Z. Yu, Z. Hei: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 124, pp. 93–96.CrossRef
16.
Zurück zum Zitat S. Kumar, M.J. Baldwin M.P. Fewell, S.C. Haydon, K.T. Short, G.A. Collins, J. Tendys: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 123, pp. 29–35.CrossRef S. Kumar, M.J. Baldwin M.P. Fewell, S.C. Haydon, K.T. Short, G.A. Collins, J. Tendys: Surf. Coat. Technol., 2000, vol. 123, pp. 29–35.CrossRef
17.
Zurück zum Zitat J.M. Priest, M.J. Baldwin, M.P. Fewell: Surf. Coat. Technol., 2001, vol. 145, pp. 152–163.CrossRef J.M. Priest, M.J. Baldwin, M.P. Fewell: Surf. Coat. Technol., 2001, vol. 145, pp. 152–163.CrossRef
18.
Zurück zum Zitat C. A. Figueroa, D. Wisnivesky, F. Alvarez: J. Appl. Phys., 2002, vol. 92, p. 764.CrossRef C. A. Figueroa, D. Wisnivesky, F. Alvarez: J. Appl. Phys., 2002, vol. 92, p. 764.CrossRef
19.
Zurück zum Zitat C. A. Figueroa and F. Alvarez: J. Vac. Sci. Technol. A, 2005, vol. 23, p. L9.CrossRef C. A. Figueroa and F. Alvarez: J. Vac. Sci. Technol. A, 2005, vol. 23, p. L9.CrossRef
20.
Zurück zum Zitat C.A. Figueroa, S. Weber, T. Czerwiec, F. Alvarez: Scripta Materialia, 2006, vol. 54, pp. 1335–1338.CrossRef C.A. Figueroa, S. Weber, T. Czerwiec, F. Alvarez: Scripta Materialia, 2006, vol. 54, pp. 1335–1338.CrossRef
21.
Zurück zum Zitat M. Tamaki, Y. Tomii, N. Yamamoto: Plasmas and Ions, 2000, vol. 3, pp. 33–39.CrossRef M. Tamaki, Y. Tomii, N. Yamamoto: Plasmas and Ions, 2000, vol. 3, pp. 33–39.CrossRef
22.
Zurück zum Zitat L. Petitjean and A. Ricard: J. Phys. D: Appl. Phys., 1984, vol. 17, pp. 919–929.CrossRef L. Petitjean and A. Ricard: J. Phys. D: Appl. Phys., 1984, vol. 17, pp. 919–929.CrossRef
23.
Zurück zum Zitat H. Martınez and F.B. Yousif: Eur. Phys. J. D, 2008, vol. 46, pp. 493–498.CrossRef H. Martınez and F.B. Yousif: Eur. Phys. J. D, 2008, vol. 46, pp. 493–498.CrossRef
24.
Zurück zum Zitat S. Parascandola, W. Moller, D.L. Williamson: Appl. Phys. Lett., 2000, vol. 76, pp. 2194–2196.CrossRef S. Parascandola, W. Moller, D.L. Williamson: Appl. Phys. Lett., 2000, vol. 76, pp. 2194–2196.CrossRef
25.
Zurück zum Zitat T. Moskalioviene and A. Galdikas: Vacuum, 2012, vol. 86, pp. 1552–1557.CrossRef T. Moskalioviene and A. Galdikas: Vacuum, 2012, vol. 86, pp. 1552–1557.CrossRef
26.
Zurück zum Zitat A. Galdikas and T. Moskalioviene: Surf. Coat. Technol., 2011, vol. 205, pp. 3742–3746.CrossRef A. Galdikas and T. Moskalioviene: Surf. Coat. Technol., 2011, vol. 205, pp. 3742–3746.CrossRef
27.
Zurück zum Zitat A. Galdikas and T. Moskalioviene: Comput. Mater. Sci., 2013, vol. 72, pp. 140–145.CrossRef A. Galdikas and T. Moskalioviene: Comput. Mater. Sci., 2013, vol. 72, pp. 140–145.CrossRef
28.
29.
Zurück zum Zitat S. Jegou, L. Barrallier, R. Kubler: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 2666–2676.CrossRef S. Jegou, L. Barrallier, R. Kubler: Acta Mater., 2010, vol. 58, pp. 2666–2676.CrossRef
30.
Zurück zum Zitat T. Christiansen and M. Somers: Mater. Sci. Eng. A, 2006, vol. 424, pp. 181–189.CrossRef T. Christiansen and M. Somers: Mater. Sci. Eng. A, 2006, vol. 424, pp. 181–189.CrossRef
31.
Zurück zum Zitat G. Ertl and M. Huber: Z. Phys. Chem. N. F. Bd., 1980, vol. 119, pp. 97–102.CrossRef G. Ertl and M. Huber: Z. Phys. Chem. N. F. Bd., 1980, vol. 119, pp. 97–102.CrossRef
32.
Zurück zum Zitat M. Weiss, G. Ertl, F. Nitschké: Appl. Surf. Sci., 1979, vol. 2, pp. 614–35.CrossRef M. Weiss, G. Ertl, F. Nitschké: Appl. Surf. Sci., 1979, vol. 2, pp. 614–35.CrossRef
33.
Zurück zum Zitat Ch.H. Shon and T. Makabe: IEEE Transactions on Plasma Science, 2004, vol. 32, pp. 390–397.CrossRef Ch.H. Shon and T. Makabe: IEEE Transactions on Plasma Science, 2004, vol. 32, pp. 390–397.CrossRef
34.
Zurück zum Zitat E.A. Kurz and J.B. Hudson: Technical Report No. 4 Contract N00014-86-K-0259, 1988. E.A. Kurz and J.B. Hudson: Technical Report No. 4 Contract N00014-86-K-0259, 1988.
35.
Zurück zum Zitat I. Goikoetxea, M. Alducin, R. Dıez Muino, J. I. Juaristi: Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, vol. 14, pp. 7471–7480.CrossRef I. Goikoetxea, M. Alducin, R. Dıez Muino, J. I. Juaristi: Phys. Chem. Chem. Phys., 2012, vol. 14, pp. 7471–7480.CrossRef
36.
Zurück zum Zitat B. Darwen: U.S. National Bureau of Standards, 1970. B. Darwen: U.S. National Bureau of Standards, 1970.
37.
38.
Zurück zum Zitat I. John Prigogine: Advances in Chemical Physics, Wiley, New York, 2009, pp. 8–539. I. John Prigogine: Advances in Chemical Physics, Wiley, New York, 2009, pp. 8–539.
39.
Zurück zum Zitat J. Takada, S. Yamamoto, Sh. Kikuchi, M. Adachi: Metallurgical Transactions A, 1986, vol. 17, pp. 221–229.CrossRef J. Takada, S. Yamamoto, Sh. Kikuchi, M. Adachi: Metallurgical Transactions A, 1986, vol. 17, pp. 221–229.CrossRef
40.
Zurück zum Zitat K. Takeda, K. Yamashita, Y. Murata, T. Koyama, M. Morinaga: Materials Transactions, 2008, vol. 49, pp. 479–483.CrossRef K. Takeda, K. Yamashita, Y. Murata, T. Koyama, M. Morinaga: Materials Transactions, 2008, vol. 49, pp. 479–483.CrossRef
41.
Zurück zum Zitat W. Möller, S. Parascandola, T. Telbizova, R. Günzel, E. Richter: Surf. Coat. Technol., 2001, vol. 136, pp.73–79.CrossRef W. Möller, S. Parascandola, T. Telbizova, R. Günzel, E. Richter: Surf. Coat. Technol., 2001, vol. 136, pp.73–79.CrossRef
Metadaten
Titel
The Effect of Hydrogen on Plasma Nitriding of Austenitic Stainless Steel: Kinetic Modeling
verfasst von
Teresa Moskalioviene
Arvaidas Galdikas
Publikationsdatum
01.10.2015
Verlag
Springer US
Erschienen in
Metallurgical and Materials Transactions A / Ausgabe 12/2015
Print ISSN: 1073-5623
Elektronische ISSN: 1543-1940
DOI
https://doi.org/10.1007/s11661-015-3183-y

Weitere Artikel der Ausgabe 12/2015

Metallurgical and Materials Transactions A 12/2015 Zur Ausgabe

    Marktübersichten

    Die im Laufe eines Jahres in der „adhäsion“ veröffentlichten Marktübersichten helfen Anwendern verschiedenster Branchen, sich einen gezielten Überblick über Lieferantenangebote zu verschaffen.