Nitrierung
Nitrierung bezeichnet in der Chemie das Einfügen einer Nitrogruppe (NO2) in ein organisches Molekül. Bei aromatischen Verbindungen erfolgt die Nitrierung meistens durch konzentrierte Salpetersäure oder ein Gemisch aus konzentrierter Salpetersäure und konz. Schwefelsäure.
Einzelheiten des Reaktionsmechanismus:
Der erste Schritt der Benzol-Nitrierung ist die Erzeugung des angreifenden elektrophilen Teilchens. Befinden sich konz. Salpetersäure und konz. Schwefelsäure zusammen in einem Gefäß, so fungiert die Salpetersäure als Base und nimmt ein Proton von der Schwefelsäure auf. Dabei entsteht ein instabiles H2NO3+-Kation, welches im nächsten Reaktionsschritt Wasser abspaltet; übrig bleibt das Nitryl-Kation NO2+, welches das elektrophile Teilchen ist.
Nun beginnt die eigentliche elektrophile Substitution, die nach dem normalen Schema verläuft: Zunächst bildet sich ein Pi-Komplex mit delokalisierter positiver Ladung im Benzolring. Anschließend wird ein Proton abgegeben (an das Hydrogensulfat-Ion), und es entstehen das Endprodukt Nitrobenzol sowie Schwefelsäure. Letztere nimmt im Endeffekt nicht an der Nitrierung teil, so dass man sie als Katalysator ansehen kann (zumindest formal).
Wärmebehandlung von Metallen
In der Wärmebehandlung unterscheidet man im wesentlichen zwei Verfahren das Nitrieren und das Nitrocarburieren. Bei beiden Verfahren wird Stickstoff in die Oberfläche von metallischen Werkstücken eindiffundiert, beim Nitrocarburieren zusätzlich noch geringe Mengen Kohlenstoff.
Das Verfahren wir in der Regel bei Temperaturen um 550-590°C bei Behandlungzeiten von 1-100h durchgeführt. Es bildet sich eine keramikähnliche Verbindungsschicht an der Oberfläche der Werkstücke, die je nach Behandlungszeit 10-30µm dick werden kann und dementsprechend unterschiedlich große Porensäume an der Oberfläche bilden, die man wiederum als Träger von z.B. Gleitmitteln verwenden kann. Verbindungschichtfreies Nitrieren z.B. für eine spätere chemische oder galvanische Beschichtung ist möglich. Unter der Verbindungschicht befindet sich die Diffusionszone, in der der Stickstoff bis zu einer bestimmten Tiefe in der Metallmatrix eingelagert ist. Die sogenannte Nitrierhärtetiefe (Nht) definiert man über die Grenzhärte. Die Grenzhärte liegt 50 HV über der Kernhärte des Werkstückes.
Um den Korrosionsschutz von Nitrierschichten zu erhöhen ist es möglich die Verbindungsschicht zu oxidieren. Das geschieht in der Regel durch eine Dampfbeaufschlagung, die die Fe-Anteile korrodieren lässt und so eine Oxidschutzschicht bildet.
Gängige Nitrierverfahren sind: Salzbadnitrierung, Gasnitrierung und Plasmanitrierung. Bei der Salzbadnitrierung ist durch das teilweise Eintauchen der Werkstücke eine partielle Nitrierung möglich, beim Plasmanitrieren kann man z.B. durch die Klemmvorrichtung mechanisch abdecken.