Азотирование

Процесс азотирования

Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при котором поверхность различных сплавов, металлов сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой металла (а также сплава), насыщенный азотом, имея в своём составе растворённые нитриды – становится более стойким к разрушениям от коррозии и приобретает высокую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время, азотирование превосходит такие технологические процессы как нитроцементацию и цементацию.

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

Порошковые метериалы;

1. Бериллий;
2. Вольфрам;
3. Титановые сплавы и титан;
4. Ниобиевые сплавы;
5. Чугун;
6. Хром;
7. Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные.

Основные функции азотирования

1. Увеличение степени защиты от процесса коррозии
2. Упрочнение поверхности
3. Повышение усталостной прочности металла

Основные процессы азотирования

1. Газовое азотирование
2. Каталитическое газовое азотирование
3. Каталитическое газовое азотирование
4. Ионно-плазменное азотирование
5. Азотирование из растворов электролитов

Газовое азотирование

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 (для некоторых сталей) до 1200 (аустенитные стали и тугоплавкие металлы) градусов Цельсия. Средой для насыщения является диссоциированный аммиак. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при газовом азотировании сталей применяют:

1. Двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения;
2. Разбавление диссоциированного аммиака: (водородом, воздухом)
3. Контрольными параметрами процесса являются:
4. Расчет расхода аммиака;
5. Температура;
6. Степень диссоциации аммиака;
7. Расходы дополнительных технологических газов (если используются).

Каталитическое газовое азотирование

Это последняя модификация технологии газового азотирования. Средой для насыщения является аммиак, диссоциированный при температуре 400—600 градусов Цельсия на катализаторе в рабочем пространстве печи. Для управления структурой и механическими свойствами слоя при каталитическом газовом азотировании сталей применяют изменение потенциала насыщения. В целом применяются более низкие температуры, чем при газовом азотировании.

Ионно-плазменное азотирование

Технология насыщения металлических изделий в азотсодержащем вакууме (примерно 0,01 атм.), в котором возбуждается тлеющий электрический разряд. Анодом служат стенки камеры нагрева, а катодом — обрабатываемые изделия. Для управления структурой слоя и механическими свойствами слоя применяют (в разные стадии процесса):

1. Изменение расхода азота;
2. Изменение плотности тока;
3. Изменение степени разряжения;
4. Добавки к азоту особочистых технологических газов (аргона, водорода, кислорода, метана).

Азотирование из растворов электролитов

Использование анодного эффекта для диффузионного насыщения обрабатываемой поверхности азотом в многокомпонентных растворах электролитов, один из видов скоростной электрохимико-термической обработки (анодный электролитный нагрев) малогабаритных изделий. Анод-деталь при наложении постоянного напряжения в диапазоне от 150 до 300 В разогревается до температур 450—1050 °C. Достижение таких температур обеспечивает сплошная и устойчивая парогазовая оболочка, отделяющая анод от электролита. Для обеспечения азотирования в электролит кроме электропроводящего компонента вводят вещества-доноры, обычно нитраты.

Оборудование для азотирования

Для проведения газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи. Для подготовки аммиака перед подачей в печь используется диссоциатор.

Для проведения каталитического газового азотирования используются преимущественно шахтные, ретортные и камерные печи, оснащенные встроенными катализаторами и кислородными зондами для определения насыщающей способности атмосферы.
Для проведения процессов ионно-плазменного азотирования применяются специализированные установки, в которых происходит нагрев изделий за счёт катодной бомбардировки и, собственно, насыщение.
Для азотирования из растворов электролитов применяются установки для электрохимико-термической обработки.