Кіріспе

Азоттың диффузиялық қаптамасын қатайту процесі Нитридтеу - бұл металдың бетінде азотты диффузиямен қатайтылған бетін жасау үшін жылумен өңдеу процесі. Бұл процестер көбінесе аз қорытылған болаттарда қолданылады. Олар сондай-ақ титан, алюминий және молибденге қолданылады. Типтік қолдануға айналымдар, колендар, кремдік ошақтар, кремдік ұстағыштар, клапан бөлшектері, экструдерлік бұрандалар, үлкейту құралдары, қазғыш үлкейтулер, экструзиялық үлкейтулер, атыс қаруының бөлшектері, инжекторлар және пластикалық қалыптар құралы кіреді.

Процестер

Процестер донорлық үшін қолданылатын ортаның атымен аталады. Негізгі үш әдіс: газды нитридтеу, тұзды ваннада нитридтеу және плазмалық нитридтеу.

Плазмалық нитридтеу

Плазмалық нитридтеу, сондай-ақ иондық нитридтеу, плазмалық иондық нитридтеу немесе жарық түсіру нитридтеу деп те аталады, бұл металл материалдарды өнеркәсіптік беткі қатайту әдісі. Плазмалық нитридтеу кезінде нитридтеу ортасының реактивтілігі температураға емес, газдың иондалған күйіне байланысты. Бұл әдісте қатты электр өрістері газдың иондалған молекулаларын нитридтелетін бетінің айналасында өндіру үшін қолданылады. Мұндай иондалған молекулалары бар аса белсенді газды плазма деп атайды, бұл техниканың аты. Плазмалық нитридтеу үшін қолданылатын газ әдетте таза азот болып табылады, өйткені өздігінен ыдырау қажет емес (аммиакпен нитридтеу жағдайындағыдай). Металл кесу, дәнекерлеу, қаптау немесе бүрку үшін қолданылатын плазмалық ұшқыштармен сипатталған ыстық плазмалар бар. Сондай-ақ, төмен қысым режимдерінде, әдетте, вакуум камераларында пайда болатын суық плазмалар бар. Әдетте болат плазмалық нитридтеумен тиімді өңделеді. Бұл процесс нитридтелген микроқұрылысты тығыз бақылауға мүмкіндік береді, бұл құрама қабаттың пайда болуымен немесе болмауымен нитридтеуді қамтамасыз етеді. Металл бөлшектердің жұмыс істеу қабілеті жақсарып қана қоймай, жұмыс істеу ұзақтығы да артады, сонымен қатар өңделетін металдардың тартылу шектері мен шаршауға төзімділігі де артады. Мысалы, аустенитті тот баспайтын болаттың механикалық қасиеттері, мысалы, тозуға төзімділігі айтарлықтай арттырылуы мүмкін және құрал болаттарының беткі қатқылдығы екі есеге көбейтілуі мүмкін. Мысалы, орташа температурада (420 °C) дат баспайтын болаттар хром нитридті тұнбалар пайда болмай, нитридтеніп, содан кейін коррозияға төзімділік қасиеттерін сақтай алады. Плазмалық нитридтеу процестерінде азотты тасымалдаушы газ (N2) әдетте азотты тасымалдаушы газ болып табылады. Сутек немесе аргон сияқты басқа газдар да қолданылады. Шынында да, аргон мен сутегін нитридтеу процесінен бұрын бөлшектерді қыздыру кезінде нитридтелетін беттерді тазалау үшін пайдалануға болады. Бұл тазалау әдісі тотық қабатын беттерден тиімді алып тастайды және қалған еріткіштердің ұсақ қабаттарын алып тастауы мүмкін. Бұл плазмалық қондырғының жылулық тұрақтылығына да көмектеседі, өйткені плазма қосылған жылу жылыту кезінде бар және процесстің температурасына жеткеннен кейін нақты нитридтеу аздап жылыту өзгерістерімен басталады. Нитридтеу процесінде сутек газы да қосылады, яғни оның бетін тотықтардан тазартады. Бұл әсерді нитридтеу кезінде бөлшектің бетін талдау арқылы байқауға болады (мысалы, қараңыз).

Нитридтеу үшін материалдар

Оңай нитридтелген болаттарға SAE 4100, 4300, 5100, 6100, 8600, 8700, 9300 және 9800 сериялары, Ұлыбританияның BS 4S 106, BS 3S 132, 905M39 (EN41B) авиациялық сапалы болаттар, тот баспайтын болаттар, кейбір құрал болаттары (мысалы, H13 және P20) және кейбір құйма темірлер жатады. Нитридтеу үшін стальдар қатты және қатайтылған күйде болуы керек, сондықтан нитридтеу соңғы қатайту температурасынан төмен температурада жүргізілуі керек. Ең жақсысы - жақсы бұрылған немесе жерленген бет. Нитридтеуден кейін материалдың ең аз мөлшерін алып тастау керек, осылайша беткі қаттылығы сақталады. Нитридті қорытпалар - алюминий, хром, молибден және титан сияқты нитрид құрайтын элементтері бар қорытпа болаттар. 2015 жылы нитридтеу темір-манганий қорытпасында (мартензит аустенит, аустенит ферриті) ерекше дуплексті микроқұрылым жасау үшін қолданылды, ол механикалық қасиеттері қатты жақсартылған деп танылған.

Тарих

Азоттың болат бетіндегі қасиеттеріне әсерін жүйелі зерттеу 1920 жылдары басталды. Газдық нитридтеуді зерттеу Германияда да, Америкада да өз бетінше басталды. Бұл процесс Германияда құлшыныспен қабылдады және нитридтеу мақсатында бірнеше болат түрлері жасалды: нитридтеу болаттары. Америкадағы қабылдау бұдан да әсерлі болды. Бұл процеске сұраныс аз болғандықтан, АҚШ-та бұл процесс елеулі түрде ұмытылды. Екінші дүниежүзілік соғыстан кейін бұл процесс Еуропадан қайта енгізілген. Соңғы онжылдықта термодинамика мен кинетиканы түсіну үшін көптеген зерттеулер жүргізілді.