نيتروژن دهي(نیتراسیون، نیتراته)

نيتروژن دهي(نیتراسیون، نیتراته) يكي از روش هاي مهم بهبود خواص سطح فولادها مي باشد. اين فرايند در مــحدوده دمايي 570-400 درجه سانتيگراد انجام مي شود و طي آن، مقاومت سايشي، مقاومت خوردگي و عمر خستگي قطعات صنعتي افزايش مي يابد. در فرايند نيتروژن دهي يك لايه تركيبي نازك يا لايه سفيد در اثر تشكيل نيتريدهاي آهن و عناصر آلياژي و يك لايه ضخيم نفوذي به دليل حل شدن نيتروژن در شبكه آهن روي سطح قطعه ايجاد مي شود.

سختي لايه نيتريدي بستگي به دماي عمليات و عناصر آلياژي زمينه دارد. مزيت بارز فرايند نيتروژن دهي نسبت به فرايند كربن دهي ايجاد اعوجاج كم تر در قطعه به دليل پائين بودن دماي عمليات نيتروژن دهي مي باشد. اعوجاج كم تر قطعه به معني حذف عمليات گران قيمت پاياني براي رسيدن به شرايط مطلوب نهايي مي باشد.

نيتروژن دهي پلاسمايي، فرآيندي است كه اغلب در پلاسماي گازهاي نيتروژن و هيدروژن انجام مي پذيرد. در اثر اعمال ولتاژ، الكترون هاي آزاد كاتد (قطعه كار) از سطح كاتد به طرف آند (ديواره محفظه) شتاب مي گيرند و با ملكول هاي گاز نزديك كاتد برخورد كرده و سبب شكسته شدن ملكول هاي گاز مي شوند. در نتيجه اين فرايند ملكول هاي گاز، الكترون هاي لايه ظرفيت خود را آزاد مي كنند و پديده يونيزاسيون اتفاق مي افتد. يون هاي مثبت نيتروژن به طرف كاتد و الكترون ها با بار منفي به طرف آند حركت مي كنند. به اين ترتيب جريان برقرار شده و پلاسما تشكيل مي شود و به همين دليل اين فرايند، نیتروژن دهي پلاسمايي ناميده شده است.

طي عمليات نيتروژن دهي، يون هاي مثبت نيتروژن كه به طرف كاتد شتاب گرفته اند با اتم هاي آهن اندركنش داده و سبب تشكيل لايه نیتریدی، متشکل از لایه سفید و لایه نفوذی، روی سطح قطعه می شوند.

لایه سفيد شامل فازهاي نيتريد آهن (Fe4N) γ΄ و  (Fe2-3N) ε می باشد. لايه نفوذي در اثر نفوذ نيتروژن در زمينه تشکیل شده و حاوی رسوب های پیوسته و نیمه پیوسته نیتریدی می باشد و توسط مكانيزم رسوب سختي و ايجاد محلول بين نشينFe, N-α ، سخت می شود. ضخامت، نيمرخ سختي و نوع تركيبات لايه سفيد و لايه نفوذي توسط پارامترهاي موثر بر عمليات نيتروژن دهي و تر كيب شيميايي قطعه كنترل مي شوند. به دليل تنوع پارامتر هاي موثر بر فرآيند و قابليت كنترل و تغيير آنها در محدوه مشخص، امكان دست يابي به ساختار مطلوب و كنترل شده در اين روش وجود دارد. اين مزيت سبب شده كه فرآيند نيتروژن دهي پلاسمايي به فرايندهاي ديگر نيتروژن دهي ترجيح داده شود.

پارامترهاي موثر بر فرايند نیتراسیون (نیتروژن دهی) پلاسمایی عبارتند از: دماي قطعه كار، زمان عمليات، تركيب گاز درون محفظه، دبي گاز ورودي به محفظه، فشار محفظه، ولتاژ، فرکانس، چرخه کاری و چگالي جريان پلاسما