Nitrurarea este unul dintre cele mai comune tratamente termice de suprafață și se bazează pe difuzia atomilor de azot. Este o metodă foarte completă, care are multe avantaje și care ajută în special la consolidarea rezistenței generale a pieselor din oțel. Este disponibilă în trei variante, care au loc în medii diferite: nitrurare lichidă, gazoasă și ionică.
Nitrurare: protejarea pieselor prin fabricarea azotului atomic
După cum sugerează și numele său, nitrurarea se bazează pe utilizarea azotului. Acesta este un tratament de difuzie, în timpul căruia azotul este produs, depus pe suprafața pieselor și apoi difuzat în interiorul acestora. În "natură", acest element este prezent doar la scară moleculară (N2), prea mare pentru a pătrunde în interstițiile unui metal precum oțelul și a-l proteja. Acesta este motivul pentru care nitrurarea urmărește să genereze azot atomic (N), care este mult mai potrivit.
Această metodă a fost utilizată din ce în ce mai mult în ultimii ani, deoarece oferă o serie de avantaje: are loc într-un mediu cu temperatură scăzută, ceea ce economisește energie și simplifică rutina de prelucrare; îmbunătățește rezistența pieselor la uzură, oboseală și abraziune; și provoacă o deformare foarte mică în timpul tratamentului.
Prin direcționarea difuziei azotului și controlul adâncimii și formării stratului nitrurat, acest proces de tratare produce un strat de suprafață de înaltă performanță care prelungește semnificativ durata de viață și proprietățile mecanice ale pieselor metalice, cum ar fi angrenajele și componentele sculelor, în medii solicitante, în special în industrie.
Cele trei tipuri principale de nitrurare
În practică, nitrurarea poate avea loc în diferite medii: lichid, gazos sau ionic. Deși rezultatul operațiunii este similar din punct de vedere al performanțelor în toate cele trei cazuri, alegerea metodei depinde în primul rând de piesele care urmează să fie tratate, de geometria acestora, de natura fiecărei comenzi și de bugetul disponibil.
Nitrurarea lichidă: metoda băii de sare topită
Unul dintre cele mai vechi procedee de nitrurare este cel al băii de sare. Acesta are loc într-un mediu lichid. Nitrurarea în stare lichidă presupune încălzirea sărurilor la o temperatură cuprinsă între 500 și 600 de grade Celsius. Aceste săruri sunt compuse din cianați(CNO), care apoi se descompun în azot atomic. Ca urmare, piesele metalice scufundate în baia de sare sunt "acoperite" în mod natural cu un strat nitrurat care le protejează întreaga suprafață.
Nitrurare cu gaz
Nitrurarea cu gaz se bazează pe utilizarea unui gaz foarte specific, amoniacul, NH3. Acest proces presupune descompunerea acestei molecule pentru a forma azot atomic, care difuzează în piesa metalică. Pentru a face acest lucru, mediul este încălzit la o temperatură cuprinsă între 500 și 600 de grade Celsius într-un cuptor, care este în general cilindric, în formă de oală sau cubic.
Piesele care urmează să fie tratate sunt introduse în cuptor, iar gazul activ este injectat și menținut la temperatură pentru o perioadă de timp prestabilită, în funcție de adâncimea stratului dorit. Această metodă are o variantă cunoscută sub numele denitrurare cu gaz la joasă presiune. În acest caz, presiunea atmosferică este redusă de la 1.000 de milibari la 450 - 500 de milibari, ceea ce înseamnă că se folosește mai puțin amoniac.
Nitrurare cu ioni sau cu plasmă
Al treilea tip de nitrurare are loc într-un mediu ionic. Acesta este, de asemenea, cunoscut sub numele de nitrurare cu plasmă. Această metodă se bazează pe formarea de ioni N+, care sunt difuzați pe suprafața pieselor din oțel pentru a face azotul să pătrundă. În practică, această tehnică presupune crearea unei plasme care, în același timp, decojește și încălzește parțial piesele. Piesele sunt apoi introduse într-un cuptor, ca în situația anterioară, și răcite prin circulația forțată a gazului neutru la sfârșitul ciclului.
Acest proces este deosebit de potrivit pentru aplicațiile care necesită o duritate ridicată a suprafeței și rezistență la exfoliere, ceea ce îl face o alegere excelentă pentru angrenaje și alte componente foarte solicitate.
Fiecare tip de nitrurare oferă beneficii unice și este luat în considerare în funcție de material, de proprietățile dorite și de nevoile specifice ale aplicației. Acest tratament termochimic nu numai că sporește durabilitatea și performanța pieselor metalice, dar oferă și beneficii pe termen lung în ceea ce privește integritatea mecanică și structurală.
Alegerea procesului de nitrurare
În practică, aceste trei procese de nitrurare dau rezultate la fel de bune în ceea ce privește performanța. De fapt, toate cele trei tehnologii servesc aceluiași scop: adăugarea de azot la suprafața pieselor din oțel pentru a le întări și a le îmbunătăți rezistența la uzură, printre altele. Prin urmare, definirea metodei potrivite înseamnă analizarea fiecărei comenzi de la caz la caz, având în vedere "nevoile clientului".
De exemplu, în cazul pieselor cu o geometrie specială care necesită un tratament parțial, metoda ionică este adesea cea mai potrivită tehnologie. Datorită utilizării capacelor metalice, este posibil să se aplice stratul nitrurat numai în zonele dorite de pe suprafața piesei. Cu toate acestea, această metodă necesită luarea unor măsuri de precauție: dacă două piese intră în contact una cu cealaltă în timpul tratamentului, se formează un arc electric între ele, ceea ce duce la topirea lor. Prin urmare, nitrurarea cu plasmă nu este potrivită pentru loturi în vrac. În cazul în care comanda necesită tratarea unei cantități mari de piese, este de preferat, în general, să se utilizeze băile de sare sau nitrurarea cu gaz.
În plus, unii producători au constrângeri de mediu și de economisire a energiei. Într-o astfel de configurație, este mai bine să se opteze pentru metodele gazoase sau ionice, deoarece băile de sare trebuie menținute constant la o temperatură de lucru pentru a împiedica solidificarea sărurilor. Prin urmare, acestea consumă mult mai multă energie decât celelalte două procedee în cazul în care instalația nu este utilizată, unde este suficient să porniți un cuptor și să îl opriți după ce tratamentul este finalizat. Prin urmare, nitrurarea lichidă pare mai potrivită pentru producția în flux continuu.
Mai mult, această tehnică implică analiza și monitorizarea băilor compuse din speciile chimice care urmează să fie monitorizate. Deși această tehnologie nu face obiectul REACH, regulamentul european privind utilizarea substanțelor chimice, ea produce deșeuri poluante care trebuie tratate. Din acest motiv, Thermi-Lyon a decis să renunțe la acest procedeu, pe care îl folosim de aproximativ cincizeci de ani. În schimb, nitrurarea ionică, care are loc în vid, nu produce deșeuri și nici poluare, ceea ce o face cea mai ecologică metodă.
Există trei procese principale de nitrurare: lichid, gazos și ionic. Aceste trei metode oferă rezultate excelente și contribuie la îmbunătățirea rezistenței pieselor la uzură, gripare și oboseală. Alegerea celei mai potrivite metode depinde într-adevăr de natura pieselor care urmează să fie tratate. Dacă acestea necesită doar un tratament parțial, nitrurarea cu plasmă este metoda preferată, în timp ce în cazul loturilor foarte mari, metoda cu gaz este mai potrivită. Nitrurarea în baie de sare este foarte potrivită pentru producția în flux continuu, dar este mai poluantă și, prin urmare, nu poate satisface cerințele unor clienți.
