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:
- технические характеристики изделия, при наличии чертежи;
- технические требования по обработке;
- требуемое количество изделий;
- желаемые сроки поставки.