Powierzchniowe obróbki cieplno – chemiczne polegają na nasycaniu warstwy powierzchniowej wyrobu innymi pierwiastkami które nadają jej odporność na korozję, twardość, odporność na ścieranie, estetyczny wygląd, biozgodność z tkanką biologiczną. Zwiększanie właściwości użytkowych wyrobów w ostatnim dziesięcioleciu odbywa się głównie poprzez powierzchniową obróbkę cieplno – chemiczną.

 

Etapy powierzchniowej obróbki cieplno – chemiczne:

I. Reakcja dostarczająca aktywnych atomów.

II. Adsorpcja atomów na powierzchni.

III. Dyfuzja w głąb materiału – etap najwolniejszy, określający czas trwania procesu. Najszybciej dyfundują atomy dające roztwory międzywęzłowe np. C i N w Fe, wolno atomy substytucyjne np. Cr, Al, Si w Fe. Określa to koszty procesu i powszechność ich stosowania.

 

Nawęglanie – procesowi poddaje się koła zębate, wały, gryzy geologiczne wykonane z prostych stali węglowych (0.1 -0.3 [%] C) lub nisko stopowych (Cr,V, Mo,Nb <1%). Temperatura 900 -9500 °C, czas 8 -15 godzin, grubość warstwy 1 -2 [mm] jej struktura to nisko odpuszczony martenzyt o zawartości ~0.8 [%C] twardości ~800HV. Po nawęglaniu (900 -9500 °C, czas 8 -15 godzin) aby na powierzchni powstał martenzyt należy wyrób zahartować i nisko odpuścić. Po hartowaniu często pojawiają się odkształcenia z nim związane.

 

Azotowanie – procesowi temu poddaje się wiele elementów silników, pomp, narzędzia skrawające, matryce, ciągadła – elementy od których wymaga się dużej twardości, odporności na ścieranie i  korozję. Proces ze względu na długie czasy trwania  – do 60 godzin 2-3 krotnie droższy od nawęglania.

Uzyskiwana twardość warstwy to około 900 -1200 HV przy grubości 0,02 -0,5 [mm]. Tak twarde i cienkie warstwy nie można kłaść na miękkie  podłoże dlatego azotowaniu poddaje się stale stopowe (0,4 C ;  1,5 Cr ; 0,2 Mo ; 0,5 Al) po ich hartowaniu i wysokim (~6000°C) odpuszczaniu.

 

Pierwiastki te zapewniają powierzchni odporność na wysokotemperaturową korozję gazową (żaroodporność) i korozję elektrochemiczną, a także twardość Stare technologie do procesu wykorzystywały salmiak (NH4Cl—-Cl2, HCl) i lotne chlorki AlCl3, CrCl3, SiCl4 , które rozkładając się na powierzchni stali były źródłem aktywnych atomów Al, Cr, Si.

 

dyfuzyjna metalizacja

Nowe technologie to naparowywanie, implantacja jonów.  Niezależnie  od  sposobu nanoszenia atomów metalu na powierzchnię stali. Najwolniejszym i najkosztowniejszym jest ich dyfuzja w głąb, która odbywa się za pośrednictwem wakancji. Wymaga to wysokich temperatur (1100 – 1200 [°C]) i długich czasów ~24h otrzymywane warstwy są ok.. 10 krotnie cieńsze 0.0n-0.1mm. Często stosuje się jednoczesne nanoszenie atomów metalu i azotu czy węgla tworząc na powierzchni bardzo twarde warstwy węglików (TiC) czy azotków (TiN -warstwa „diamentowa”).

 

Dodaj komentarz

Twój adres email nie zostanie opublikowany. Pola, których wypełnienie jest wymagane, są oznaczone symbolem *