Азотирование

Азоти́рование — 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 незначительно превосходя цементацию и нитроцементацию.

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
• Снижение трения
• Повышение износостойкости

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

Основные виды азотирования

Азотирование в соляных ваннах

Погружение и выдержка деталей в растворе расплавленных солей при температуре 530—650 градусов Цельсия (не затрагивает структурное изменение материала).

Получаемая структура поверхности имеет :

• Толщина слоя : 0,01-0,6 мм;
• Поверхностная твердость — 400—1200 HV
• Снижение коэффициента трения в 1,5—5 раз;
• Хрупкость слоя — отсутствует;
• Повышение задиростойкости, включая нержавеющие стали;
• Повышение усталостной прочности в 1,5—2 раза;
• Коробление и поводки длинномерных деталей — практически отсутствуют.
• Коррозийная стойкость может достигать 800 часов в солевом тумане.

По сравнению с другими технологиями (газовым и плазменным азотированием), азотирование в соляных ваннах имеет меньшую глубину азотируемого слоя, но имеет лучшее показатели по коррозийной стойкости и шероховатости поверхности. Основным преимуществом является возможность быстро достичь необходимых характеристик, тем самым снижая время и стоимость обработки.

Газовое азотирование

Насыщение поверхности металла производится при температурах от 400 °C (для некоторых сталей) до 1200 °C (аустенитные стали и тугоплавкие металлы). 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
  • реже водородом

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 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

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, оснащённые 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 ионами и, собственно, насыщение.

Для азотирования из растворов электролитов применяются установки для электрохимико-термической обработки.

См. также

• Химико-термическая обработка металлов

Ссылки

• Азотирование // Большая советская энциклопедия : [в 30 т.] / гл. ред. А. М. Прохоров. — 3-е изд. — М. : Советская энциклопедия, 1969—1978.