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[quote="Gasolina"]Ich glaube ich habe dich falsch verstanden. (Rot sind deine Antworten) Du schreibst darin von möglicher Diffusion. Damit beziehst du dich dann auf hohe Temperaturen und schmelzflüssigen Zustand? Den im erkalteten Metall wechseln ja die Diffusionsarten nicht mehr. Interstitiell gelöst bleibt auch so und die Substitutionselemente ändern auch ihre Diffusionsart nicht im Festkörper. [color=red]Das ist so nicht richtig. Stickstoff kann zwar in bestimmten Legierungen andere Legierungselemente ersetzen(substituieren), wie z.B. Nickel, aber im festen Metall liegt es stets als Nitrid chemisch gebunden vor oder eben interstiell im Gitter "gelöst". Die Diffusion ist wiederum etwas anderes, dort kann Stickstoff, als N-Atom, auch über den Leerstellenmechanismus wandern, besetzt im erkaltenden Gitter aber in der Regel nicht eine Substitutionsposition.[/color] Diese Wanderung von N über den Leerstellenmechanismus ist dann bei schmelzflüssigen Metall? Oder hohen Temperaturen wenn mit Ammoniak nitriert wird und somit N in die Legierungsoberfläche wandert zum härten. So wie ich es verstehe kommt es bei erkaltetem Metall gar nicht vor das N einatomar auf einem Substitutionsplatz eingebaut ist, oder gibt es doch Ausnahmen? Ich frage weil du geschrieben hast in der Regel. Warum geht das eigentlich nicht? Geht das stöchiometrisch immer so auf, dass alles was an N beim erkalten noch auf einem Substitutionsplatz sitzt, auch ein Nitrid bildet und deshalb gibt es kein einatomares N auf Leerstellenplätzen? Bilden sich wenn N in das Metall hinein wandert dann eigentlich auch Nitride? Oder können diese nur bei hohen Temperaturen in der Legierung entstehen? [color=red]Die Diffusion von Stickstoff in und durch Metalle/Legierungen kann auf verschiedene Arten geschehen(s.o.). Der Leerstellenmechanismus ist zwar in der Regel langsamer,aber wird in entsprechenden Legierungen u.U. Hauptmechanismus.Das hängt von dem Metall,der Anzahl bereits vorhandener Leerstellen,bzw. der thermischen Erzeugung solcher ab. "Nitrogen diffusion in alloys often involves vacancies, especially in metals like steel (ferrite/austenite) or nitrides (TiN), where nitrogen atoms move by jumping into adjacent empty lattice sites (vacancies),..".[/color] Das hier habe ich soweit verstanden. Die in diesem Bericht aufgeführten Legierungen sind Sonderfälle, bei denen man zum Beispiel extra viele Leerstellen durch Sonderbehandlung etc. erzeugt hat. Also eine 0815 Stahl oder Edelstahllegierung betrifft das dann nicht. Ich bedanke mich bei dir für deine Geduld bei der fachkundigen Beantwortung meiner Fragen. Allen hier im Forum wünsche ich einen guten und erfolgreichen Start in das neue Jahr 2026![/quote]
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AC-Gast
Verfasst am: 08. Jan 2026 13:55
Titel: Stickstoff in Metallen
Hallo Crow!
Wie angekündigt hier noch mal im Diffusions-thread.
Dank für die klare Aussage zu Nitride:
Zitat:
Stickstoff auf Gitterplätzen ist immer ein Nitrid
.
Ich tue mich öfters schwer mit solchen Absolutaussagen,da ich kein Experte bin und u.U. es doch wieder irgendwo einen spezialfall gibt,den der Diskussionspartner aus den Tiefen des Internets heraus kramt.
Von daher keine Sorge,du hättest mich da unpassend kritisiert oder verbessert.
Die Ausgangsfrage im thread ging ja um die Diffusion von Stickstoff in metallische Feskörper hinein und dort fort.Es ist dem TES inzwischen deutlich geworden,daß man unterscheiden muß zwischen dem Mechansmus der Diffsuion selbst und der Position der N-Atome im resultierenden Gitter.
Dabei ist das Modell zur Unterscheidung zwischen interstitiellem N und nitridisch gebundenen recht einfach formuliert,wie man bei tieferer Einarbeitung sieht,wird es schnell komplex.
Auch die genauen "Bindungsverhältnisse" und Auswirkungen auf Gitterstrukturen,Phasenstabilitäten und allg. mechanische Eigenschaften der Legierungen sind schon speziell und sollten jeweils gesondert in einem thread näher betrachtet werden,soweit es interessiert.
Es bleibt,daß die Diffusion bei RT ein sehr langsamer Prozeß ist,egal,nach welchem Mechanismus,und das selbst in "high nitrogen steel" der N-Gehalt oft noch unter 1% liegt.
AC-Gast.
The Crow
Verfasst am: 31. Dez 2025 21:35
Titel:
Stickstoff auf Gitterplätzen ist immer ein Nitrid.
Ich möchte AC da nicht in die Parade fahren, aber Ausnahmen gibt es hier keine.
Dein Gedanke mit der Stöchiometrie ist so nicht richtig.
Stickstoff ist in so geringen Mengen enthalten, dass er auch immer einen Reaktionspartner findet. Somit auf Gitterplätzen immer als Nitrid.
Es gibt da keine Ausnahmen.
Der Link zu den Metallen beschreibt spezielle Fälle.
Also keine alltägliche Legierung.
Der Link zeigt aber was AC versucht hat zu erklären.
Bei besonderen Fällen ist auch Leerstellendiffusion für Gasatome möglich.
Wobei elementarer N und elementares O nicht gasförmig sind.
Die Gesamtzahl der Leerstellen in einer Legierung beeinflusst auch die interstitielle Diffsion wegen dem erschaffen von "Platz" im Mischkristall.
Das ist ein recht komplizierter Vorgang um das zu verstehen.
Das hat etwas mit dem verspannen des Mischkristalls zu tun.
Du kannst auch mal nach dem "Snoek - Effekt" googeln.
Gasolina
Verfasst am: 30. Dez 2025 18:33
Titel:
Ich glaube ich habe dich falsch verstanden. (Rot sind deine Antworten)
Du schreibst darin von möglicher Diffusion.
Damit beziehst du dich dann auf hohe Temperaturen und schmelzflüssigen Zustand?
Den im erkalteten Metall wechseln ja die Diffusionsarten nicht mehr.
Interstitiell gelöst bleibt auch so und die Substitutionselemente ändern auch ihre Diffusionsart nicht im Festkörper.
Das ist so nicht richtig. Stickstoff kann zwar in bestimmten Legierungen andere Legierungselemente ersetzen(substituieren), wie z.B. Nickel, aber im festen Metall liegt es stets als Nitrid chemisch gebunden vor oder eben interstiell im Gitter "gelöst".
Die Diffusion ist wiederum etwas anderes, dort kann Stickstoff, als N-Atom, auch über den Leerstellenmechanismus wandern, besetzt im erkaltenden Gitter aber in der Regel nicht eine Substitutionsposition.
Diese Wanderung von N über den Leerstellenmechanismus ist dann bei schmelzflüssigen Metall? Oder hohen Temperaturen wenn mit Ammoniak nitriert wird und somit N in die Legierungsoberfläche wandert zum härten. So wie ich es verstehe kommt es bei erkaltetem Metall gar nicht vor das N einatomar auf einem Substitutionsplatz eingebaut ist, oder gibt es doch Ausnahmen? Ich frage weil du geschrieben hast in der Regel.
Warum geht das eigentlich nicht? Geht das stöchiometrisch immer so auf, dass alles was an N beim erkalten noch auf einem Substitutionsplatz sitzt, auch ein Nitrid bildet und deshalb gibt es kein einatomares N auf Leerstellenplätzen?
Bilden sich wenn N in das Metall hinein wandert dann eigentlich auch Nitride?
Oder können diese nur bei hohen Temperaturen in der Legierung entstehen?
Die Diffusion von Stickstoff in und durch Metalle/Legierungen kann auf verschiedene Arten geschehen(s.o.).
Der Leerstellenmechanismus ist zwar in der Regel langsamer,aber wird in entsprechenden Legierungen u.U. Hauptmechanismus.Das hängt von dem Metall,der Anzahl bereits vorhandener Leerstellen,bzw. der thermischen Erzeugung solcher ab.
"Nitrogen diffusion in alloys often involves vacancies, especially in metals like steel (ferrite/austenite) or nitrides (TiN), where nitrogen atoms move by jumping into adjacent empty lattice sites (vacancies),..".
Das hier habe ich soweit verstanden. Die in diesem Bericht aufgeführten Legierungen sind Sonderfälle, bei denen man zum Beispiel extra viele Leerstellen durch Sonderbehandlung etc. erzeugt hat.
Also eine 0815 Stahl oder Edelstahllegierung betrifft das dann nicht.
Ich bedanke mich bei dir für deine Geduld bei der fachkundigen Beantwortung meiner Fragen.
Allen hier im Forum wünsche ich einen guten und erfolgreichen Start in das neue Jahr 2026!
Gasolina
Verfasst am: 30. Dez 2025 11:20
Titel:
Vielen Dank!
Das heißt also wenn ich es richtig verstehe, dass "Gas" Atome (einatomar) wie O und N auch über Leerstellen diffundieren können wenn sie ausnahmsweise als Substitutionselement dort einen Platz haben.
In der Regel sind sie auf Substitutionsplätzen aber als Nitride gebunden.
Wenn die als Ausnahme einatomar über Leerstellen diffundieren ist ihre Diffusionsgeschwindigkeit dann noch langsamer als auf den Zwischengitterplätzen.
Und es ist nicht so, dass einatomares O oder N, von einem Zwischengitterplatz bei normaler Diffusion plötzlich auf einen Leerstellenplatz wechseln kann.
Und umgekehrt auch nicht.
Es heißt entweder oder.
Habe ich es richtig zusammen gefasst?
AC-Gast
Verfasst am: 29. Dez 2025 13:02
Titel: Substitution
Zitat:
Dort ist Stickstoff durch die besondere Konzeption der Legierungsarchitektur, dann auch als
Substitutionselement
eingebaut.
Das ist so nicht richtig.Stickstoff kann zwar in bestimmten Legierungen andere Legierungselemente ersetzen(substituieren),wie z.B. Nickel,aber im festen Metall liegt es stets als Nitrid chemisch gebunden vor oder eben interstiell im Gitter "gelöst".
Die Diffusion ist wiederum etwas anderes,dort kann Stickstoff,als N-Atom,auch über den Leerstellenmechanismus wandern,besetzt im erkaltenden Gitter aber in der Regel nicht eine Substitutionsposition.
Die Ausgangsfrage ging um die Diffusion allg. von Stickstoff in ein Metall hinein, und ob es als Molekül diffundiert.
Das sollte klar beantwortet sein inzwischen.
Weitere Fragen zur Oberflächenbehandlung zum Zwecke der Härtung und anderem vielleicht in einem neuen thread stellen.
Man kann hier nur sagen,daß für eine rein temporale Veränderung von Metalllegierungen die Eindiffusion von N2 aus der Umgebung keine Rolle spielt und keine weitere Härtung bewirkt.
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 28. Dez 2025 16:02
Titel:
Ich glaube ich verstehe.
Das sind dann besondere Legierungen mit besonderen Ansprüchen an Härte und Verschleißbeständigkeit.
Dort ist Stickstoff durch die besondere Konzeption der Legierungsarchitektur, dann auch als Substitutionselement eingebaut.
Wobei er als Substitutionselement ja sogar noch langsamer diffundiert, wie auf den Zwischengitterplätzen, da Wanderung nur über die Leerstellen möglich ist.
Beim Nitrieren der Oberfläche werden deshalb dann auch die höheren Temperaturen benötigt, damit Stickstoff in ausreichender Menge in das Metall hinein diffundieren kann und dann die Nitrierschicht bildet.
Nitride bilden sich auch bei Raumtemperatur wenn einatomarer N in die Legierung hinein diffundiert, aber nicht in ausreichenden Mengen.
Deshalb dann die Hochtemperatur.
Bedeutet dies, dass man dann über Jahrzehnte der Nutzung von Bauteilen allmählich eine harte, Nitrierschicht enthält?
Oder ist auch das hinein wandern von N (einatomar) in das Metall ein sehr seltener Prozess?
Sprich, gibt es hier Widerstände dagegen das einatomarer N und einatomarer O einfach so in das Metall hinein wandern und von dort dann aus sehr langsam weiter diffundieren.
Den von Stickstoff und Sauerstoff ist alles ja ständig umgeben.
AC-Gast
Verfasst am: 28. Dez 2025 12:48
Titel: N2-Diffusion
Die Diffusion von Stickstoff in und durch Metalle/Legierungen kann auf verschiedene Arten geschehen(s.o.).
Der Leerstellenmechanismus ist zwar in der Regel langsamer,aber wird in entsprechenden Legierungen u.U. Hauptmechanismus.Das hängt von dem Metall,der Anzahl bereits vorhandener Leerstellen,bzw. der thermischen Erzeugung solcher ab.
"Nitrogen diffusion in alloys often involves vacancies, especially in metals like steel (ferrite/austenite) or nitrides (TiN), where nitrogen atoms move by jumping into adjacent empty lattice sites (vacancies),..".
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 28. Dez 2025 11:50
Titel:
Hab es gelesen. Danke dir.
Also wenn ich es richtig verstehe, dann ist Leerstellendiffusion ausschließlich den Substitutionselementen vorbehalten und wesentlich langsamer, als die Diffusion der interstitiell gelösten Atome.
Stickstoff der nach dem abkühlen nicht als Nitrid abgebunden ist, kann dann nur interstitiell gelöst sein und diffundiert damit ausschließlich über den Mechanismus der Zwischengitterplätze.
Der als Nitrid abgebundene Stickstoff zählt als Molekül und ist damit zu groß um noch diffundieren zu können. Dieses Nitrid müsste nämlich über die Leerstellen diffundieren.
Vermutlich ist dies bei höheren Temperaturen möglich würde ich annehmen.
Im Artikel steht: Leerstellendiffusion tritt hauptsächlich bei Substitutionselementen auf.
Bei welchen Typen den noch?
Ich kenne nur die zwei Arten wie Atome in das Gitter eingebaut sind.
Interstitiell und als Substitutionselement.
AC-Gast
Verfasst am: 27. Dez 2025 17:13
Titel: N2-Diffusion
Es gibt die beiden genannten Hauptmechanismen für die Bewegung durch das Gitter,welche begünstigt wird durch hohere Temperaturen.
Im abegkühlten Festkörper liegen N-Atome entweder als Nitride gebunden vor oder eben auf Zwischengitterplätzen gelöst.
Schau mal unter
Leerstellenmechanismus
,wie dort Leerstellen im gitter thermisch entstehen,um für die Diffusion zur Verfügung zu stehen.
Da gibt es einige gute Skript-Seiten im Netz zu,auch englisch unter
vacancy diffusion/interstitial
diffusion schauen.
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 27. Dez 2025 16:54
Titel:
Ich dachte N kommt einatomar immer nur interstitiell gelöst in Metalle vor?
AC-Gast
Verfasst am: 27. Dez 2025 12:57
Titel: Diffusion
Die Diffusion von Stickstoff in Metallen wird durch zwei Mechanismen ermöglicht,den interstitiellen und den Leerstellenmechanismus.
Diese gelten für die einzelne Atome und sind auch für andere Gase möglich.
MWn würde ein Sticktoffmolekül tatsächlich für diese Mechanismen zu groß sein.
Bei RT sind aber auch für N-Atome die Diffusionsgeschwindigkeiten recht gering,erst bei deutlich höheren wird das technisch nutzbar,siehe z.B. unter Nitrierung als Verfahren zur Oberflächenhärtung von bestimmten Metallen/
Legierungen.
Es gab hier mal einige threads zu diesem u.ä. Themen.
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 27. Dez 2025 11:35
Titel:
Ich habe mich wohl missverständlich ausgedrückt.
In der Schule hatte ich gelernt das N Atome bei nicht ausreichender Beweglichkeit der Atome im Mischkristallgitter, nicht in das Metall hinein diffundieren können.
Selbst für einatomares N wäre da zu wenig Platz.
Auch über sehr lange Zeiträume würde man keine relevanten Mengen an N nachweisen können, die in das Metall hinein diffundiert sind.
N2 kann auf Grund seiner Größe gar nicht in ein Metall hinein diffundieren.
Deswegen die Frage.
Es würde ja auch Sinn machen, da ansonsten in Metalle dissoziierte Sauerstoff und Stickstoffatome unter regulären Bedingungen hinein diffundieren könnten und damit auf Dauer signifikant die Eigenschaften der Legierung verändern könnten.
AC-Gast
Verfasst am: 24. Dez 2025 10:49
Titel: Diffusion
Zitat:
Was meintest du damit das die Eindiffusion von N ein relativ langsamer Prozess ist?
ich nehme an du beziehst dich hier nicht auf die Diffusionsgeschwindigkeit des einatomaren N, sondern darauf, dass durch die Unbeweglichkeit des Gitters, bei Raumtemperatur auch über lange Zeiträume nahezu nichts an N in das Metall hinein diffundieren kann?
Verstehe nicht,was du meinst.
Ich beziehe mich auf die Diffusionsgeschwindgkeit von Stickstoff,in Form der einzelnen Atome,durch das Metallgitter.Diese ist z.B. bei Stählen und RT sehr gering.
Das Gleichgewicht hast du richtig verstanden.Im Detail kann das etwas komplexer ablaufen,dazu z.B. hier schauen:
Wissenschaftliche Artikel zu desorption metal surfaces
Thermal desorption from metal surfaces: A review - King - Zitiert von: 1089
Desorption from metal surfaces by low‐energy … - Menzel - Zitiert von: 1321
… , desorption, and reaction of gases on metal surfaces - Lombardo - Zitiert von: 338
Thermal desorption from metal surfaces: A review
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 23. Dez 2025 11:02
Titel:
Danke!
Bei dem Sorptions - und Desorptionsgleichgewicht würde ich annehmen, dass ein höherer Druck als Atmosphäre die Sorption positiv beeinflusst und ein Unterdruck die Desorption.
Eine niedrige Temperatur die Sorption und eine höhere Temperatur die Desorption.
Was meintest du damit das die Eindiffusion von N ein relativ langsamer Prozess ist?
ich nehme an du beziehst dich hier nicht auf die Diffusionsgeschwindigkeit des einatomaren N, sondern darauf, dass durch die Unbeweglichkeit des Gitters, bei Raumtemperatur auch über lange Zeiträume nahezu nichts an N in das Metall hinein diffundieren kann?
AC-Gast
Verfasst am: 22. Dez 2025 15:29
Titel: N2-Diffusion
Sobald N2-Moleküle an einer metallischen Oberfläche adsorbiert werden,kann eine Dissoziation in N-Atome erfolgen(-> Chemisorption).
Undissoziierte N2-Moleküle unterliegen einem themeratur- und druckabhängigen
Soprtion-s und Desoprtionsgleichgewicht.
Selbst die Diffusion von N-Atomen in das Metall ist ein relativ langsamer Prozeß,der erst bei höheren Temperaturen in relevantem Maße abläuft.
Eine Diffusion von N2-Molekülen in das Metall hinein ist mir so nicht bekannt.
Bei RT dürfte da nichts passieren und bei höheren Temperaturen wird auch die Dissoziation begünstigt.
AC-Gast.
Gasolina
Verfasst am: 22. Dez 2025 14:25
Titel: Eindiffusion von Stickstoffgasatomen in Metalle
Meine Frage:
Guten Tag.
Ich hätte eine Frage.
Elementarer Stickstoff N2 kann sich an metallischen Oberflächen anlagern und dort in einzelne N Atome aufspalten.
Diese können selbst bei Raumtemperatur (wenn auch extrem selten, so das es Mengenmäßig auch über extrem lange Zeiträume keine Rolle spielt) in das Metall hinein diffundieren / wandern.
Für N2 sollte das doch völlig unmöglich sein.
Oder kann auch N2 in das Metall hinein diffundieren?
Zumindest im oberflächennahen Bereich?
Wenn auch noch deutlich seltener, als die bei N der Fall ist?
Oder ist das bei N2 auf Grund der Größe tatsächlich völlig ausgeschlossen?
Meine Ideen:
Ich würde denken N2 kann überhaupt nicht in die Legierung wandern und selbst wenn, würde es im oberflächennahen Bereich verbleiben.
Ein tiefer hinein diffundieren in das Metall wäre unmöglich.