Azotowanie plazmowe

Proces azotowania plazmowego prowadzący do utwardzenia powierzchniowego służący do zwiększenia odporności na zużycie, twardości powierzchni i trwałości zmęczeniowej dzięki generowaniu twardej warstwy obejmującej naprężenia ściskające.

Korzyści

Azotowanie plazmowe może mieć więcej zalet niż procesy azotowania gazowego. Szczególnie w przypadku stosowania do stali wysokostopowych azotowanie plazmowe zapewnia dużą twardość powierzchni, co sprzyja większej odporności na zużycie, zacieranie i korozję cierną. Dodatkowo wytworzone w strefie przypowierzchniowej naprężenia ściskające podnoszą wytrzymałość zmęczeniowa obrabianego detalu. Azotowanie plazmowe jest dobrym wyborem, gdy części muszą mieć obszary zarówno azotowane, jak i miękkie. Możliwość kształtowania warstw pozbawionych strefy związków azotków z obecnością tylko strefy dyfuzyjnej wykorzystywane jest przed naniesieniem powłoki PVD lub CVD. Można uzyskać dopasowane warstwy i profile twardości.

Aplikacje i materiały

Technologia znajduje zastosowanie w procesach utwardzania kół zębatych, wałów korbowych, wały krzywkowe, popychacze, części zaworów, śruby wytłaczarki, narzędzia odlewane ciśnieniowo, matryce kuźnicze, narzędzia formowane na zimno, wtryskiwacze i formowane narzędzia z tworzywa, długie wały, osie, części sprzęgła i silnika. Azotowanie plazmowe i plazmowe azotonawęglanie są chętniej wybierane niż odpowiednie procesy gazowe, jeśli wymagane jest maskowanie powierzchni obrabianego elementu.

Azotowanie plazmowe można stosować do niemal wszystkich stopów żelaza, a nawet stali spiekanych o dużej porowatości, żeliwa i wysokostopowych stali narzędziowych zawierających nawet więcej niż 12% chromu. Stale nierdzewne i stopy na bazie niklu również można poddać azotowaniu plazmowemu i zachować równie wysoką (choć nie najwyższą) odporność na korozję, o ile zostaną zastosowane niskie temperatury. Do zastosowań specjalnych należy azotowanie plazmowe stopów tytanu i aluminium. W przypadku występowania znacznych obciążeń w dużych częściach maszyn, takich jak wały, trzpienie, wrzeciona zastosowanie specjalnych stali do azotowania z dodatkiem chromu i aluminium daje znaczne korzyści, ponieważ zapewnia uzyskanie twardość powierzchni przekraczającą 1000 HV.

Dane procesowe

Azotowanie plazmowe/azotonawęglanie to nowoczesna obróbka cieplno-chemiczna przeprowadzana w mieszaninie azotu, wodoru i opcjonalnie gazu zawierającego węgiel. Proces realizowany jest pod obniżonym ciśnieniem gdzie między wsadem i ściankami pieca jest przykładane napięcie. Wokół części jest generowane wyładowanie jarzeniowe o dużym poziomie jonizacji (plazma). W obszarze powierzchni obrabianego przedmiotu, który jest bezpośrednio bombardowany jonami, tworzą się i rozpadają bogate w azot azotki, uwalniając aktywny azot do powierzchni. Możliwość regulacji stopnia rozpylania katodowego, dobór odpowiedniej charakterystyki prądowo-napięciowej oraz  możliwość podwyższania lub obniżania ciśnienia w komorze roboczej umożliwia kształtowanie struktury warstw azotowanych. Azotowanie plazmowe umożliwia modyfikację powierzchni odpowiednio do żądanych właściwości. Dzięki dostosowaniu mieszanki gazów (proporcje) można uzyskać dopasowane warstwy i profile twardości: od powierzchni wolnej od warstewki związków o niskiej zawartości azotu i grubości do 20 mikronów do warstw zawierającej warstewki związków azotków i strefę dyfuzyjną roztworu stałego. Szeroki zakres stosowanych temperatur umożliwia wiele zastosowań wykraczających poza możliwości procesów z użyciem gazu lub kąpieli solnej.