Experimentele en theoretische studie van het nitreergedrag van zuiver ijzer

Abstract

In dit proefschrift is een een-dimensionaal nitreermodel ontwikkeld om het nitreergedrag van zuiver ijzer te beschrijven. Bij het nitreren van zuiver ijzer kunnen een of meerdere nitridelagen aan het specimenoppervlak gevormd worden zodat het model algemeen geformuleerd is voor een n-fazige lagenstructuur. In tegenstelling tot de meeste nitreermodellen is het toegestaan dat de stikstofoppervlakteconcentratie wijzigt in functie van de nitreertijd. Dit wordt in het model beschreven door de invoering van een fluxrandvoorwaarde aan het specimenoppervlak. Het nitreermodel is zowel toepasbaar op bet gasnitreerproces als op het plasmanitreerproces. Opdat het model toepasbaar is voor plasmagenitreerde ijzer specimens is bet noodzakelijk een sputterterm in het nitreermodel in te bouwen. Om de nitreerkinetiek te beschrijven wordt een stelsel diffusievergelijkingen numeriek opgelost. Hierbij zijn de differentiaalvergelijkingen omgevormd tot een stelsel van differentievergelijkingen. Bij de formulering van het nitreermodel is ondersteld dat het specimen een halfoneindig medium is. Uit de simulaties volgt dat het nitreermodel geschikt is om de incubatietijden en de laagdikten voor de verschillende nitridefazen te beschrijven. Bovendien is het mogelijk het concentratieprofiel in de nitridelagen te berekenen. Uit de resultaten blijkt dat het concentratieprofiel in de nitridelagen in de verbindingslaag goed benaderd kan worden door een rechte. Voor de diffusiezone daarentegen blijkt bet concentratieprofiel een niet lineair verloop te vertonen. De resultaten van de simulaties geven eveneens aan dat de sputterterm een invloed heeft op de effectief bereikbare stikstofoppervlakteconcentratie. Om de toepasbaarheid van het nitreermodel voor het gasnitreerproces te beschrijven worden experimentele resultaten uit de literatuur gebruikt. De toepasbaarheid van het nitreermodel voor plasmagenitreerde zuiver ijzer specimens wordt aangetoond op eigen experimentele resultaten. Deze resultaten zijn verkregen voor zuiver ijzer plasmagenitreerd in een lage druk triode ionenconfiguratie. Hierbij is voomarnelijk gebruik gemaakt van de GXRD techniek voor de bepaling van stikstofoppervlakteconcentratie en van ORM en REM voor de bepaling van de laagdikte van de verschillende nitridelagen.