Aufkohlen ist ein Metallbehandlungsverfahren, bei dem der Oberfläche von Metall mit einem geringen Kohlenstoffgehalt Kohlenstoff hinzugefügt wird, um die Härte des Metalls zu erhöhen. Das Metall wird bei erhöhter Temperatur in einer kohlenstoffreichen Atmosphäre erhitzt. Durch Hitze diffundieren Kohlenstoffatome in die Metalloberfläche. Der Prozess wird unterhalb des Schmelzpunktes des aufzukohlenden Metalls durchgeführt. Es gibt fünf Aufkohlungsmethoden – Packung, Gas, Flüssigkeitsbad, Vakuum und Plasma.
Beim Packaufkohlen werden die aufzukohlenden Metallteile, die in einem Behälter mit einer ausreichenden Menge Kohlenstoffpulver verpackt sind, in einem Ofen erhitzt. Der Erhitzungsprozess dauert 12 bis 72 Stunden bei hoher Temperatur. Es wird festgestellt, dass dieses Verfahren im Vergleich zu den anderen Verfahren langsam ist und wegen der Schwierigkeit, eine gleichmäßige Temperatur aufrechtzuerhalten, Heizineffizienzen aufweist.
Die Gasaufkohlung erfolgt nach dem gleichen Verfahren, das bei der Packungsaufkohlung angewendet wird. Es führt dem Ofen jedoch Kohlenmonoxid (CO) zu, um die Diffusion zu verbessern, was beim Packverfahren nicht erfolgt. Das Verfahren hat Sicherheitsprobleme, da CO ein geruchs- und farbloses Giftgas ist, das von Personen, die in der Anlage arbeiten, eingeatmet werden kann. Das Gasverfahren wird beim Aufkohlen großer Metallmengen bevorzugt.
Beim Flüssigbadverfahren werden die Metallteile in geschmolzenes Salz mit reichlich Kohlenstoff eingetaucht. Cyanid (CN), ein tödliches Gift, wurde früher als Hauptbestandteil im Flüssigkeitsbad verwendet. Es wurde durch ungiftige Badkomponenten ersetzt, die die gleichen Aufkohlungsergebnisse wie Cyanid erzielen können.
Das Vakuumverfahren erfordert eine sauerstofffreie Erwärmungsumgebung, die Metall bei niedrigen Drücken aufkohlt. Die Methode verwendet einen Ofen mit komplexer Struktur und einer einzigen Komponente, um eine kohlenstoffreiche Umgebung zu schaffen – Methan (CH4). Die sauerstofffreie Umgebung lässt die Temperatur deutlich ansteigen, wodurch die Löslichkeit von Kohlenstoff und die Diffusionsgeschwindigkeit erhöht werden. Aus dem Verfahren resultiert keine Oberflächenoxidation.
Das Plasmaverfahren verwendet einen Vakuumofen, um das Metall zu erhitzen. Sobald das Metall eine für die Verarbeitung geeignete Temperatur erreicht hat, wird dem Ofen ein Edelgas zugeführt, das Kohlenwasserstoffgase wie CH4 enthält. Zwischen dem Metall und dem Ofen wird eine hohe Gleichspannung angelegt, um eine Glimmentladung zu erzeugen, die bewirkt, dass das Gasion und das DC-Plasma eine elektrochemische Reaktion eingehen, um die Aufkohlung zu erreichen.
Die Wahl der Aufkohlungsmethode muss von sozialen und wirtschaftlichen Erwägungen geleitet werden. Die Methode muss umweltfreundlich sein und darf die Gesundheit der Arbeiter und der Gemeinschaft nicht beeinträchtigen. Es sollte auch kostengünstig sein.