ما هو النيتريد؟

أساس النيتريد

النيتروجين هو عملية معالجة بالحرارة تنشر النيتروجين في سطح المعدن لتكوين سطح صلب. يزيد النيتروجين المضاف من الصلابة ومقاومة التآكل دون التأثير بشكل كبير على الخصائص المعدنية لللب. أثناء النتردة ، يتم تسخين المعدن إلى 500-550 درجة مئوية في جو غني بالنيتروجين. ينتشر النيتروجين في السطح بعمق يصل إلى 0.5 مم ويتفاعل مع عناصر صناعة السبائك مثل الألومنيوم والفاناديوم والكروم لتشكيل نيتريد صلب. تزيد هذه النتريدات من صلابة السطح حتى 1300 HV ، مما يحسن مقاومة التآكل والتآكل.

أغراض النيترة

تستخدم النيترة لتحسين الخصائص السطحية للمعادن لعدة أغراض رئيسية:

زيادة صلابة السطح

الغرض الأساسي من النيترة هو زيادة صلابة سطح المعادن. يتفاعل النيتروجين المضاف مع عناصر صناعة السبائك لتكوين مركبات نيتريد صلبة. تعمل طبقة الانتشار هذه على زيادة الصلابة حتى 1300 HV ، مما يحسن مقاومة التآكل وقدرة التحميل.

تحسين قوة التعب

يعمل عمق العلبة المتصلب الناتج عن النيترة على تحسين قوة إجهاد المكونات مثل التروس والأعمدة. تزيد الضغوط الانضغاطية المتكونة في حالة النيتريد من المقاومة لبدء الشقوق وانتشارها.

تعزيز مقاومة التآكل

يحسن النيترة مقاومة التآكل بطريقتين. أولاً ، مركبات النتريد مستقرة جدًا وخاملة. ثانيًا ، يضمن عمق الطبقة الناتج عن النيترة بقاء المادة الأساسية غير متأثرة إذا تآكلت الطبقة السطحية.

الحد الأدنى من التشويه

على عكس طرق التصلب بالإخماد ، لا تتطلب النيترة تبريد الجزء بسرعة. نتيجة لذلك ، يتسبب النيتروجين في حدوث القليل جدًا من التشوه أو الإجهاد المتبقي ، مما يجعله مناسبًا للمكونات عالية الدقة. التغييرات الأبعاد التي تسببها النيترة لا تذكر.

أنواع النيترة

هناك العديد من الطرق والاختلافات الرئيسية لعملية النيترة المستخدمة في الصناعة:

• نيترة الغاز- في نيتروجين الغاز ، يأتي مصدر النيتروجين من غاز الأمونيا المنفصل إلى النيتروجين والهيدروجين. غاز الأمونيا أقل تكلفة من غاز النيتروجين النقي. يتم تسخين المكونات إلى 500-590 درجة مئوية في معوجة محكمة الغلق مع تدفق أمونيا متحكم فيه.
• نيترة البلازما- تستخدم نيتروجين البلازما تفريغ البلازما الناتج عن مصدر طاقة عالي الجهد لتكوين أيونات النيتروجين المنشط. وهذا يسمح بانتشار أسرع عند درجات حرارة منخفضة تتراوح بين 350-590 درجة مئوية. توفر نيترة البلازما تحكمًا دقيقًا في عمق العلبة.
• نيترة حمام الملح- في نيتريد حمام الملح ، يأتي مصدر النيتروجين من تفكك أملاح السيانيد مثل NaCN. يتم غمر الأجزاء في حمام ملح السيانيد المصهور والمحافظة عليه عند 580-590 درجة مئوية. يمكن لنترة حمام الملح أن تحقق صلابة عالية جدًا تصل إلى 1500 HV.
• نيترة الطبقة المميعة- تتضمن نيترة الطبقة المميعة تفكك غاز الأمونيا في طبقة من مسحوق الألومينا المميع عن طريق تدفق الغاز. توفر هذه الطريقة تجانسًا ممتازًا لدرجة الحرارة أثناء المعالجة.
• الاختلافات الأخرى- تشمل الاختلافات الأخرى النيترو كربنة التي تضيف الكربون لتكوين الكربونيتريد ، والأكسدة اللاحقة لتكوين طبقات أكسيد أسود ، والنترة ذات درجة الحرارة المنخفضة بين 350-380 درجة مئوية. كما تستخدم العمليات الهجينة مثل النيتروكربنة بالبلازما.

مواد مناسبة للنترة

يمكن تطبيق النيترة على مجموعة من السبائك الحديدية وغير الحديدية:

فولاذ منخفض الكربون

عادة ما يتم نيتريد الفولاذ منخفض السبائك بالكربون أقل من 0.25٪ لزيادة صلابة السطح ومقاومة التآكل. يقلل محتوى الكربون المنخفض من تكوين نترات الحديد غير المستقرة. تشمل الأمثلة الشائعة 1018 و 4140 و 4340 من الفولاذ.

أداة الفولاذ

يعتبر فولاذ الأدوات بما في ذلك H13 و P20 و D2 مثاليًا للنترة نظرًا لقابليتها العالية ومحتواها من السبائك. يزيد النيتروجين من الصلابة والقوة والحياة في الأدوات لتطبيقات العمل الساخنة أو الباردة.

الفولاذ المقاوم للصدأ

يمكن نيترة الفولاذ المقاوم للصدأ المصلب بالمارتنزيتي والترسيب مثل 410 ، 416 ، 420 ، 17-4PH بشكل فعال لتحسين مقاومة التآكل والتآكل. يمكن تحقيق صلابة سطح 1000-1400 HV.

سبائك الألومنيوم

يمكن نيترة بعض سبائك الألومنيوم التي تحتوي على السيليكون والمغنيسيوم من خلال عملية تسمى nitrocarburizing. هذا ينشر النيتروجين والكربون في وقت واحد في السبيكة.

سبائك التيتانيوم

يمكن نيترة سبائك التيتانيوم بما في ذلك Ti-6Al-4V من خلال طرق البلازما. هذا يخلق طبقة سطحية واقية صلابة عالية دون التأثير على ليونة اللب وصلابة الكسر.

سبائك أخرى

يمكن أيضًا نيتريد مواد أخرى مثل السبائك الفائقة القائمة على النيكل ، وفولاذ الأدوات ، وسبائك الكوبالت. يمكن الاستفادة من كل من السبائك الحديدية وغير الحديدية مع إضافات كافية للسبائك لتثبيت النيتريد.

المعدات والمواد الاستهلاكية للنيتريد

تستخدم عمليات النتردة أفرانًا متخصصة وإمدادات الغاز ومعدات مراقبة درجة الحرارة:

• أفران النيتروجين
  • أفران على شكل صندوق أو خزانة مع حواجز مانعة لتسرب الغاز وعزل لنترة الغاز والبلازما حتى 1000 درجة فهرنهايت (590 درجة مئوية).
  • أفران حمام الملح المصهور لنترة حمام الملح حوالي 1100 درجة فهرنهايت (590 درجة مئوية).
  • أفران القاعدة المميعة التي تحتوي على وسائط خزفية مسامية لنترة الطبقة المميعة.
• غاز النيتروجين
  • غاز النيتروجين عالي النقاء كمصدر لنترة الغاز.
  • غاز الأمونيا الذي يتفكك إلى نيتروجين وهيدروجين لنترة الغاز.
• محول الطاقة Power Supply
  • مصدر طاقة تيار مستمر يصل إلى 1000 فولت والتصنيف الحالي يزيد عن 10,000 أمبير لنترة البلازما.
• درجة الحرارة الرصد
  • المزدوجات الحرارية لمراقبة تجانس درجة حرارة الفرن.
  • البيرومترات لقياس درجة حرارة سطح المكونات.
• المواد الاستهلاكية
  • أملاح السيانيد لنترة حمام الملح.
  • مسحوق الألومينا لنترة الطبقة المميعة.
  • إخماد الزيت ، محاليل التنظيف ، الأدوات ، التركيبات ، إلخ.

تعد المعدات المناسبة ضرورية للتحكم في جو النيترة ودرجة الحرارة والمدة لتحقيق عمق وخصائص الحالة القابلة للتكرار.

عملية النتردة

الخطوات الرئيسية في عملية النيترة النموذجية هي:

1. سوائل التنظيف
   1. قم بإزالة الأوساخ والزيوت والشحوم والأكاسيد والملوثات الأخرى من سطح المكونات من خلال إزالة الشحوم أو التنظيف القلوي أو التخليل الحمضي.
2. تحميل
   1. قم بتحميل المكونات بعناية في التركيبات أو السلال لتجنب التلوث ولضمان التعرض المناسب.
3. تدفئة وعقد
   1. تسخين بمعدل 400-800 درجة فهرنهايت / ساعة (220-440 درجة مئوية / ساعة) للوصول إلى درجة حرارة النيترة.
   2. امسك عند درجة حرارة النيتروجين للسماح لقطع العمل بالوصول إلى التوازن الحراري.
4. نيترة
   1. قم بتعريض قطع العمل لبيئة غنية بالنيتروجين عند درجة حرارة النيتروجين للوقت المطلوب لتحقيق عمق الهيكل.
   2. غاز الأمونيا يتشقق في النيتروجين والهيدروجين. تنتج البلازما أيونات النيتروجين. تطلق أملاح السيانيد النيتروجين.
5. التبريد
   1. التبريد السريع مثل الزيت للحفاظ على البنية النيتريدية. غير مطلوب لبعض العمليات.
6. التفريغ والتنظيف
   1. تفريغ قطع العمل وإزالة أي بقايا من إخماد الزيت أو الأملاح عن طريق الغسيل.
   2. استخدم المعالجة اللاحقة مثل الطحن أو التلميع.

هناك حاجة إلى التحكم الدقيق في العملية للحصول على عمق الحالة المطلوب ، وتقليل التشوه ، وضمان تكوين طور النيتريد.

التطبيقات الصناعية للنترة

تتضمن بعض الاستخدامات الصناعية الشائعة للنترة في المكونات الميكانيكية ما يلي:

التروس

تتميز التروس المصنوعة من سبائك الفولاذ النيتريد بصلابة سطح أعلى وقوة إجهاد. تستخدم في تروس النقل ، تروس الكامة ، التروس الحلقية ، إلخ.

اتجاهات

تعمل نيترة سباقات المحامل وعناصر التدحرج وأسطح المحامل على تحسين مقاومة التآكل والمتانة تحت التحميل الدوري.

العمود المرفقي

تزيد النيترة من قوة إجهاد شرائح العمود المرفقي والمجلات. تستخدم في محركات السيارات والمحركات البحرية.

المكابس

تزيد المكابس المصنوعة من الألمنيوم المصبوب من النيتريد مقاومة الاحتكاك ومقاومة التآكل اللاصقة ضد جدران الأسطوانة.

محابس

تآكل محسّن في صمامات السحب والعادم لمحركات الاحتراق الداخلي ذات وجوه وسيقان الصمامات النيتروجينية.

أدوات القطع

تتميز أدوات القطع المصنوعة من الصلب والكربيد المطلي عالي السرعة والتي يتم معالجتها بالنترة بمعدلات أفضل لإزالة المعادن وعمرها.

القوالب والقوالب

تُظهر القوالب والقوالب المصنوعة من الصلب النيتري للصب والتزوير والختم المتانة والأداء المحسنين.

استخدامات اخرى

شائع في أوعية الضغط والأعمدة والأسطوانات والكاميرات والمثبتات والمشغلات ومكونات طاقة السوائل.

إن زيادة صلابة السطح ، ومقاومة التآكل ، وقوة التعب ، ومقاومة التآكل تجعل النيترة مثالية للأجزاء الميكانيكية المهمة.

النترنج في المجوهرات والاكسسوارات

على الرغم من أنه أقل شيوعًا من الاستخدامات الصناعية ، إلا أن للنيتريد بعض التطبيقات المتخصصة في المجوهرات وإكسسوارات الموضة:

تحسين الانتهاء من السطح

يمكن أن يوفر Nitriding تشطيبًا أملسًا موحدًا على المكونات المعدنية للمجوهرات مثل الخواتم والأساور وحالات الساعات. هذا يقلل من الحاجة إلى التلميع الثانوي.

مقاومة محسنة للتآكل

تعمل الطبقة النيتريد على تحسين مقاومة التآكل لقطع المجوهرات المعرضة للرطوبة مثل الخواتم والأساور والسلاسل وأشرطة الساعات المعدنية.

الطلاءات الزخرفية السوداء

يمكن أن يوفر اللون الأسود الانتقائي للأسطح المحفورة عن طريق نيترة الفولاذ المقاوم للصدأ أو التيتانيوم أنماطًا زخرفية ولهجات على المجوهرات.

الأسطح الصلبة

مقاومة التآكل المحسنة لعناصر المجوهرات عالية الاستخدام مثل خواتم الرجال وأشرطة الساعات المعدنية من خلال تصلب السطح.

وفورات في التكاليف

في معادن معينة ، قد توفر النيترة مزايا أداء على الطلاء أو طلاء PVD بتكلفة أقل.

إدراك الزبائن

تستخدم بعض العلامات التجارية الفاخرة مادة النيترة للحصول على الفوائد المتصورة للتكنولوجيا وتشطيب الأسطح.

في حين أنه ليس منتشرًا كما هو الحال في الصناعات التحويلية ، يمكن أن يوفر النيتريد مزايا وظيفية وجمالية لتطبيقات مجوهرات مختارة. هناك حاجة إلى التحكم المناسب للحفاظ على مظهر معادن المجوهرات.

مقارنة بعمليات تصلب السطح الأخرى

يختلف النتردة عن عمليات تصلب السطح الشائعة الأخرى بعدة طرق:

الكربنة

تنشر الكربنة الكربون بدلاً من النيتروجين في سطح الفولاذ. إنه يخلق حالة مارتينسيت أصعب ولكنها أقل استقرارًا. يوفر النيترة مقاومة أفضل للتآكل.

النيتروكربنة

يضيف Nitrocarburizing كلاً من النيتروجين والكربون في وقت واحد. يمكن أن تقدم علبة الكربونيتريد المدمجة مزايا أكثر من أي منهما على حدة.

تصلب التعريفي

يسخن تصلب الحث بسرعة ويخمد السطح من خلال الحث الكهرومغناطيسي. يوفر Nitriding عمق أعمق للحالة وأقل تشويشًا.

تصلب اللهب

مع تصلب اللهب ، تقوم مشاعل الوقود الأكسجين بتسخين السطح بسرعة قبل التبريد. يمكن للنترة أن تصلب الأشكال الهندسية المعقدة بشكل أكثر فاعلية.

ترسيب الفيلم الصلب

ترسب تقنيات ترسيب الأغشية الصلبة مثل PVD و CVD والطلاءات التي يتم رشها حراريًا طبقة رقيقة من السيراميك على السطح. ينشر النيتروجين النيتروجين في الركيزة المعدنية نفسها لتحسين الالتصاق ومقاومة التعب. ومع ذلك ، يمكن أن توفر الطلاءات مزايا إضافية مثل العزل أو مقاومة درجات الحرارة العالية.