Moderator
Khái niệm về thấm Nitơ
Trước khi giải thích cụ thể về quy trình Nitreg®, chúng tôi nhắc tới quá trình thấm nitơ nói chung. Sau đó, chúng tôi sẽ đề cập tới các kỹ thuật “khống chế thế”.
Thấm Nitơ là quá trình khuếch tán Nitơ nguyên tử vào bề mặt kim loại. Lượng Nitơ trong tự nhiên khá lớn nhưng chúng chủ yếu tồn tại ở dạng phân tử, trơ về mặt hóa học, ngoài ra, kích thước của phân tử này quá lớn để có thể khuếch tán qua bề mặt vật liệu. Do đó, kỹ thuật thấm Nitơ tập trung vào những nguồn cung cấp Nitơ nguyên tử.
Thấm nitơ- không phụ thuộc vào phương pháp thấm- là quá trình khuếch tán nitơ vào kim loại và quá trình khuếch tán này, sau khi nguyên tử nitơ đi qua bề mặt vật liệu, sẽ tiếp tục chừng nào nhiệt độ còn đủ cao và có sự cung cấp liên tục nitơ nguyên tử trên bề mặt. Nói cách khác, quá trình khuếch tán là giống nhau với mọi quá trình thấm nitơ, còn sự khác nhau là ở nguồn cung cấp nitơ. Yếu tố thứ hai này có ảnh hưởng quyết định tới các tính chất nhận được của bề mặt sau thấm.
Các phương pháp thấm Nitơ truyền thống
Ba phương pháp thấm Nitơ truyền thống được áp dụng trong công nghiệp là:
(a) thấm Nitơ bằng bể muối với nguồn cung cấp Nitơ (và cả carbon) là muối nóng chảy
(b) Thấm Nitơ thể khí sử dụng NH3
(c) Thấm Nitơ plasma sử dụng trường điện từ để tách phân tử Nitơ thành dạng ion
Nitrex không sử dụng các bể muối do các vấn đề về môi trường và an toàn. Hơn nữa, phương pháp này không nhiều ưu điểm ngoài việc nung nóng nhanh chi tiết. Do đó, không cần thiết mô tả phương pháp này thêm.
Thấm Nitơ plasma được sử dụng bởi Nitrex trong một số ứng dụng nhất định, sẽ được đề cập trong một bài riêng.
Trong quá trình thấm nitơ thể khí, nitơ nguyên tử được tạo ra từ a- mô- ni- ăc. Dạng cổ điển của phương pháp này dựa trên việc phân hủy a- mô- ni- ăc thành các khí thành phần- nitơ và hyđrô. Một thiết bị đơn giản gọi là burette được sử dụng để kiểm tra tốc độ phân hủy sau những khoảng thời gian nhất định và điều chỉnh lượng a- mô- ni- ăc phù hợp.
Vật liệu thấm
Thông thường các hợp kim hệ sắt, bao gồm thép không gỉ, gang, thậm chí hợp kim Titan đều có thể được thấm Nitơ. Tuy nhiên, các hợp kim khác nhau có các đặc tính khác nhau chẳng hạn trạng thái bề mặt, tốc độ khuếch tán tự nhiên và xu hướng hình thành Nitrit (ái lực với Nitơ). Cần hiểu rằng một quy trình thấm Nitơ sẽ tạo ra các kết quả khác nhau trên các vật liệu khác nhau. Do đó, nhiều người sử dụng gặp phải những khó khăn, đặc biệt nếu họ dùng phương pháp cổ điển và không có đủ kiến thức và kinh nghiệm
Tính chất của lớp thấm nitơ
Khi một bề mặt tiếp xúc với môi trường thấm, nó sẽ hình thành hai lớp riêng biệt. Lớp ngoài gọi là lớp hợp chất (hay lớp trắng, lớp liên kim) với chiều dày trong khoảng từ 0 tới 25 micron. Dưới lớp trắng là lớp khuếch tán hay vùng khuếch tán. Hai lớp này tạo thành lớp thấm (lớp vỏ). Tuy nhiên, như đã nói tới ở trên, tùy thuộc vào vật liệu và độ cứng ban đầu của nó, tính chất của các lớp này sẽ khác nhau rõ rệt. Việc mô tả đầy đủ về hiện tượng đó nằm ngoài mục tiêu của website này. Nếu cần những thông tin chi tiết như vậy, hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi. Bây giờ, chúng ta sẽ tập trung tới việc điều chỉnh các tính chất của bề mặt được thấm nitơ, “vì sao và thế nào”, đặc biệt là lớp hợp chất.
Khống chế
Hình ảnh của hai vết đo độ cứng Vicke dưới đây minh họa sự khác nhau giữa một quá trình được khống chế và không được khống chế. Mẫu bên trái được xử lý bằng phương pháp cổ điển và trên bề mặt có các vết nứt do lớp bề mặt dòn. Mẫu bên phải được xử lý bằng quy trình Nitreg® cho độ cứng tương đương và không bị nứt. Mẫu được xử lý theo Nitreg®, do đó, cho độ dai của lớp hợp chất cao hơn.
Kết quả này chỉ có được với sự khống chế nồng độ nitơ trên bề mặt thấm thông qua một cách thức mới là khống chế thế- nitơ (Kn). Hiểu biết và ứng dụng đúng các nguyên tắc trong mối quan hệ giữa thế- nitơ, nhiệt độ và thời gian là nền tảng của kỹ thuật Nitreg®. Ví dụ minh họa cho khả năng tạo ra các lớp trắng và lớp khuếch tán khác nhau.
Dần dần, khả năng khống chế thế nitơ trở thành 1 yêu cầu trong các tiêu chuẩn kỹ thuật, chẳng hạn AMS 2759/10.
(Lily dịch từ bài viết tại địa chỉ http://nitrex.com/english/technologies_extra.htm)
Trước khi giải thích cụ thể về quy trình Nitreg®, chúng tôi nhắc tới quá trình thấm nitơ nói chung. Sau đó, chúng tôi sẽ đề cập tới các kỹ thuật “khống chế thế”.
Thấm Nitơ là quá trình khuếch tán Nitơ nguyên tử vào bề mặt kim loại. Lượng Nitơ trong tự nhiên khá lớn nhưng chúng chủ yếu tồn tại ở dạng phân tử, trơ về mặt hóa học, ngoài ra, kích thước của phân tử này quá lớn để có thể khuếch tán qua bề mặt vật liệu. Do đó, kỹ thuật thấm Nitơ tập trung vào những nguồn cung cấp Nitơ nguyên tử.
Thấm nitơ- không phụ thuộc vào phương pháp thấm- là quá trình khuếch tán nitơ vào kim loại và quá trình khuếch tán này, sau khi nguyên tử nitơ đi qua bề mặt vật liệu, sẽ tiếp tục chừng nào nhiệt độ còn đủ cao và có sự cung cấp liên tục nitơ nguyên tử trên bề mặt. Nói cách khác, quá trình khuếch tán là giống nhau với mọi quá trình thấm nitơ, còn sự khác nhau là ở nguồn cung cấp nitơ. Yếu tố thứ hai này có ảnh hưởng quyết định tới các tính chất nhận được của bề mặt sau thấm.
Các phương pháp thấm Nitơ truyền thống
Ba phương pháp thấm Nitơ truyền thống được áp dụng trong công nghiệp là:
(a) thấm Nitơ bằng bể muối với nguồn cung cấp Nitơ (và cả carbon) là muối nóng chảy
(b) Thấm Nitơ thể khí sử dụng NH3
(c) Thấm Nitơ plasma sử dụng trường điện từ để tách phân tử Nitơ thành dạng ion
Nitrex không sử dụng các bể muối do các vấn đề về môi trường và an toàn. Hơn nữa, phương pháp này không nhiều ưu điểm ngoài việc nung nóng nhanh chi tiết. Do đó, không cần thiết mô tả phương pháp này thêm.
Thấm Nitơ plasma được sử dụng bởi Nitrex trong một số ứng dụng nhất định, sẽ được đề cập trong một bài riêng.
Trong quá trình thấm nitơ thể khí, nitơ nguyên tử được tạo ra từ a- mô- ni- ăc. Dạng cổ điển của phương pháp này dựa trên việc phân hủy a- mô- ni- ăc thành các khí thành phần- nitơ và hyđrô. Một thiết bị đơn giản gọi là burette được sử dụng để kiểm tra tốc độ phân hủy sau những khoảng thời gian nhất định và điều chỉnh lượng a- mô- ni- ăc phù hợp.
Vật liệu thấm
Thông thường các hợp kim hệ sắt, bao gồm thép không gỉ, gang, thậm chí hợp kim Titan đều có thể được thấm Nitơ. Tuy nhiên, các hợp kim khác nhau có các đặc tính khác nhau chẳng hạn trạng thái bề mặt, tốc độ khuếch tán tự nhiên và xu hướng hình thành Nitrit (ái lực với Nitơ). Cần hiểu rằng một quy trình thấm Nitơ sẽ tạo ra các kết quả khác nhau trên các vật liệu khác nhau. Do đó, nhiều người sử dụng gặp phải những khó khăn, đặc biệt nếu họ dùng phương pháp cổ điển và không có đủ kiến thức và kinh nghiệm
Tính chất của lớp thấm nitơ
Khi một bề mặt tiếp xúc với môi trường thấm, nó sẽ hình thành hai lớp riêng biệt. Lớp ngoài gọi là lớp hợp chất (hay lớp trắng, lớp liên kim) với chiều dày trong khoảng từ 0 tới 25 micron. Dưới lớp trắng là lớp khuếch tán hay vùng khuếch tán. Hai lớp này tạo thành lớp thấm (lớp vỏ). Tuy nhiên, như đã nói tới ở trên, tùy thuộc vào vật liệu và độ cứng ban đầu của nó, tính chất của các lớp này sẽ khác nhau rõ rệt. Việc mô tả đầy đủ về hiện tượng đó nằm ngoài mục tiêu của website này. Nếu cần những thông tin chi tiết như vậy, hãy liên hệ trực tiếp với chúng tôi. Bây giờ, chúng ta sẽ tập trung tới việc điều chỉnh các tính chất của bề mặt được thấm nitơ, “vì sao và thế nào”, đặc biệt là lớp hợp chất.
Khống chế
Hình ảnh của hai vết đo độ cứng Vicke dưới đây minh họa sự khác nhau giữa một quá trình được khống chế và không được khống chế. Mẫu bên trái được xử lý bằng phương pháp cổ điển và trên bề mặt có các vết nứt do lớp bề mặt dòn. Mẫu bên phải được xử lý bằng quy trình Nitreg® cho độ cứng tương đương và không bị nứt. Mẫu được xử lý theo Nitreg®, do đó, cho độ dai của lớp hợp chất cao hơn.
Kết quả này chỉ có được với sự khống chế nồng độ nitơ trên bề mặt thấm thông qua một cách thức mới là khống chế thế- nitơ (Kn). Hiểu biết và ứng dụng đúng các nguyên tắc trong mối quan hệ giữa thế- nitơ, nhiệt độ và thời gian là nền tảng của kỹ thuật Nitreg®. Ví dụ minh họa cho khả năng tạo ra các lớp trắng và lớp khuếch tán khác nhau.
Dần dần, khả năng khống chế thế nitơ trở thành 1 yêu cầu trong các tiêu chuẩn kỹ thuật, chẳng hạn AMS 2759/10.
(Lily dịch từ bài viết tại địa chỉ http://nitrex.com/english/technologies_extra.htm)
: