Азотирование — это технологический процесс химико-термической обработки, при которой поверхность различных металлов или сплавов насыщают азотом в специальной азотирующей среде. Поверхностный слой изделия, насыщенный азотом, имеет в своём составе растворённые нитриды и приобретает повышенную коррозионную стойкость и высочайшую микротвёрдость. По микротвёрдости азотирование уступает только борированию, в то же время превосходя цементацию и нитроцементацию (незначительно).

Металлы и сплавы, подвергаемые азотированию

  • Стали углеродистые и легированные, конструкционные и инструментальные.
  • Высокохромистые чугуны, высокохромистые износоустойчивые сплавы, хром.
  • Титан и титановые сплавы.
  • Бериллий.
  • Вольфрам.
  • Ниобиевые сплавы.
  • Порошковые материалы.

Назначение азотирования

  • Упрочнение поверхности
  • Защита от коррозии
  • Повышение усталостной прочности

В зависимости от назначения используемые технологические процессы азотирования могут существенно отличаться.

Основные виды азотирования

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:

  • двух-, трёхступенчатые температурные режимы насыщения;
  • разбавление диссоциированного аммиака:
    • воздухом,
    • водородом (реже)

Контрольными параметрами процесса являются:

  • степень диссоциации аммиака
  • расход аммиака
  • температура
  • расходы дополнительных технологических газов (если применяются).

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 перенаправление 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):

  • изменение плотности тока
  • изменение расхода азота
  • изменение степени разрежения
  • добавки к азоту особо чистых технологических газов:
    • водорода
    • аргона
    • метана
    • кислорода.

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.

Для оценки технической возможности изготовления и обработки изделий требуется следующая информация:

  1. технические характеристики изделия, при наличии чертежи;
  2. технические требования по обработке;
  3. требуемое количество изделий;
  4. желаемые сроки поставки.