नाइट्राइडिंग क्या है?

नाइट्राइडिंग का आधार

नाइट्राइडिंग एक ऊष्मा उपचार प्रक्रिया है जो नाइट्रोजन को धातु की सतह में फैलाकर केस-कठोर सतह बनाती है। जोड़ा गया नाइट्रोजन कोर के धातुकर्म गुणों को महत्वपूर्ण रूप से प्रभावित किए बिना कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाता है। नाइट्राइडिंग के दौरान, नाइट्रोजन युक्त वातावरण में धातु को 500-550°C तक गर्म किया जाता है। नाइट्रोजन सतह में 0.5 मिमी गहराई तक फैलती है और एल्यूमीनियम, वैनेडियम और क्रोमियम जैसे मिश्रधातु तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करके कठोर नाइट्राइड बनाती है। ये नाइट्राइड सतह की कठोरता को 1300 एचवी तक बढ़ाते हैं, जिससे घिसाव और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार होता है।

नाइट्राइडिंग के उद्देश्य

नाइट्राइडिंग का उपयोग कई प्रमुख उद्देश्यों के लिए धातुओं की सतह के गुणों को बेहतर बनाने के लिए किया जाता है:

सतह की कठोरता बढ़ाएँ

नाइट्राइडिंग का प्राथमिक उद्देश्य धातुओं की सतह की कठोरता को बढ़ाना है। जोड़ा गया नाइट्रोजन मिश्र धातु तत्वों के साथ प्रतिक्रिया करके कठोर नाइट्राइड यौगिक बनाता है। यह प्रसार परत कठोरता को 1300 एचवी तक बढ़ा देती है, जिससे पहनने के प्रतिरोध और भार क्षमता में सुधार होता है।

थकान शक्ति में सुधार करें

नाइट्राइडिंग द्वारा बनाई गई कठोर केस की गहराई गियर और शाफ्ट जैसे घटकों की थकान शक्ति में सुधार करती है। नाइट्राइड केस में बनने वाले संपीड़ित तनाव दरार की शुरुआत और प्रसार के प्रतिरोध को बढ़ाते हैं।

संक्षारण प्रतिरोध बढ़ाएँ

नाइट्राइडिंग दो तरह से संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करती है। सबसे पहले, नाइट्राइड यौगिक बहुत स्थिर और निष्क्रिय होते हैं। दूसरा, नाइट्राइडिंग द्वारा बनाई गई परत की गहराई यह सुनिश्चित करती है कि यदि सतह की परत घिस जाए तो मूल सामग्री अप्रभावित रहे।

न्यूनतम विरूपण

शमन सख्त करने के तरीकों के विपरीत, नाइट्राइडिंग के लिए भाग को तेजी से ठंडा करने की आवश्यकता नहीं होती है। परिणामस्वरूप, नाइट्राइडिंग बहुत कम विरूपण या अवशिष्ट तनाव का कारण बनता है, जो इसे उच्च परिशुद्धता घटकों के लिए उपयुक्त बनाता है। नाइट्राइडिंग के कारण होने वाले आयामी परिवर्तन नगण्य हैं।

नाइट्राइडिंग के प्रकार

उद्योग में उपयोग की जाने वाली नाइट्राइडिंग प्रक्रिया की कई मुख्य विधियाँ और विविधताएँ हैं:

• गैस नाइट्राइडिंग- गैस नाइट्राइडिंग में, नाइट्रोजन स्रोत नाइट्रोजन और हाइड्रोजन में विघटित अमोनिया गैस से आता है। अमोनिया गैस शुद्ध नाइट्रोजन गैस की तुलना में कम महंगी है। घटकों को नियंत्रित अमोनिया प्रवाह के साथ एक सीलबंद रिटॉर्ट में 500-590 डिग्री सेल्सियस तक गर्म किया जाता है।
• प्लाज्मा नाइट्राइडिंग- प्लाज्मा नाइट्राइडिंग सक्रिय नाइट्रोजन आयन बनाने के लिए उच्च वोल्टेज बिजली आपूर्ति द्वारा उत्पन्न प्लाज्मा डिस्चार्ज का उपयोग करता है। यह 350-590 डिग्री सेल्सियस के कम तापमान पर तेजी से प्रसार की अनुमति देता है। प्लाज्मा नाइट्राइडिंग केस की गहराई पर सटीक नियंत्रण प्रदान करता है।
• नमक स्नान नाइट्राइडिंग- नमक स्नान नाइट्राइडिंग में, नाइट्रोजन स्रोत NaCN जैसे साइनाइड लवण के पृथक्करण से आता है। हिस्सों को 580-590 डिग्री सेल्सियस पर बनाए गए पिघले साइनाइड नमक स्नान में डुबोया जाता है। नमक स्नान नाइट्राइडिंग 1500 एचवी तक बहुत उच्च केस कठोरता प्राप्त कर सकता है।
• द्रवित बिस्तर नाइट्राइडिंग- द्रवीकृत बिस्तर नाइट्राइडिंग में गैस प्रवाह द्वारा द्रवीकृत एल्यूमिना पाउडर के बिस्तर में अमोनिया गैस का पृथक्करण शामिल है। यह विधि उपचार के दौरान उत्कृष्ट तापमान एकरूपता प्रदान करती है।
• अन्य विविधताएँ- अन्य विविधताओं में नाइट्रोकार्बराइजिंग शामिल है जो कार्बोनाइट्राइड बनाने के लिए कार्बन जोड़ता है, ऑक्सीकरण के बाद काली ऑक्साइड परतें बनाता है, और 350-380 डिग्री सेल्सियस के बीच कम तापमान नाइट्राइडिंग करता है। प्लाज्मा नाइट्रोकार्बराइजिंग जैसी हाइब्रिड प्रक्रियाओं का भी उपयोग किया जाता है।

नाइट्राइडिंग के लिए उपयुक्त सामग्री

नाइट्राइडिंग को लौह और अलौह मिश्र धातुओं की एक श्रृंखला पर लागू किया जा सकता है:

कम कार्बन स्टील्स

0.25% से कम कार्बन वाले कम मिश्र धातु वाले स्टील को आमतौर पर सतह की कठोरता और पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाने के लिए नाइट्राइड किया जाता है। कम कार्बन सामग्री अस्थिर लौह नाइट्राइड के गठन को कम करती है। लोकप्रिय उदाहरणों में 1018, 4140, और 4340 स्टील्स शामिल हैं।

टूल स्टील्स

H13, P20 और D2 सहित टूल स्टील्स अपनी उच्च कठोरता और मिश्र धातु सामग्री के कारण नाइट्राइडिंग के लिए आदर्श हैं। नाइट्राइडिंग गर्म या ठंडे कार्य अनुप्रयोगों के लिए टूलींग में कठोरता, ताकत और जीवन को बढ़ाता है।

स्टेनलेस स्टील

410, 416, 420 और 17-4PH जैसे मार्टेंसिटिक और वर्षा सख्त करने वाले स्टेनलेस स्टील्स को पहनने और संक्षारण प्रतिरोध में सुधार के लिए प्रभावी ढंग से नाइट्राइड किया जा सकता है। 1000-1400 एचवी की सतह कठोरता प्राप्त की जा सकती है।

एल्यूमिनियम मिश्र धातु

सिलिकॉन और मैग्नीशियम युक्त कुछ एल्यूमीनियम मिश्र धातुओं को नाइट्रोकार्बराइजिंग नामक प्रक्रिया के माध्यम से नाइट्राइड किया जा सकता है। यह नाइट्रोजन और कार्बन को एक साथ मिश्र धातु में फैलाता है।

टाइटेनियम मिश्र

Ti-6Al-4V सहित टाइटेनियम मिश्र धातुओं को प्लाज्मा विधियों के माध्यम से नाइट्राइड किया जा सकता है। यह कोर लचीलापन और फ्रैक्चर क्रूरता को प्रभावित किए बिना एक उच्च कठोरता सुरक्षात्मक सतह परत बनाता है।

अन्य मिश्र

अन्य सामग्री जैसे निकल-आधारित सुपरअलॉय, टूल स्टील्स और कोबाल्ट मिश्र धातु को भी नाइट्राइड किया जा सकता है। नाइट्राइड को स्थिर करने के लिए पर्याप्त मिश्रधातु के साथ लौह और अलौह दोनों मिश्रधातुओं से लाभ हो सकता है।

नाइट्राइडिंग के लिए उपकरण और उपभोग्य वस्तुएं

नाइट्राइडिंग प्रक्रियाएं विशेष भट्टियों, गैस आपूर्ति और तापमान निगरानी उपकरणों का उपयोग करती हैं:

• नाइट्राइडिंग भट्टियाँ
  • 1000°F (590°C) तक गैस और प्लाज्मा नाइट्राइडिंग के लिए गैस टाइट रिटॉर्ट्स और इन्सुलेशन के साथ बॉक्स या कैबिनेट शैली की भट्टियां।
  • नमक स्नान नाइट्राइडिंग के लिए पिघला हुआ नमक स्नान भट्टियां लगभग 1100°F (590°C) पर।
  • द्रवयुक्त बिस्तर नाइट्राइडिंग के लिए झरझरा सिरेमिक मीडिया युक्त द्रवीकृत बिस्तर भट्टियां।
• नाइट्रोजन गैस
  • गैस नाइट्राइडिंग के स्रोत के रूप में उच्च शुद्धता वाली नाइट्रोजन गैस।
  • अमोनिया गैस जो गैस नाइट्राइडिंग के लिए नाइट्रोजन और हाइड्रोजन में विघटित हो जाती है।
• विद्युत आपूर्ति
  • प्लाज्मा नाइट्राइडिंग के लिए 1000V तक डीसी बिजली की आपूर्ति और 10,000 एम्पीयर से अधिक की वर्तमान रेटिंग।
• तापमान की निगरानी
  • भट्ठी के तापमान की एकरूपता की निगरानी के लिए थर्मोकपल।
  • घटकों की सतह के तापमान को मापने के लिए पाइरोमीटर।
• उपभोज्य
  • नमक स्नान नाइट्राइडिंग के लिए साइनाइड लवण।
  • द्रवयुक्त बेड नाइट्राइडिंग के लिए एल्यूमिना पाउडर।
  • शमन तेल, सफाई समाधान, उपकरण, फिक्स्चर, आदि।

दोहराए जाने योग्य केस की गहराई और गुणों को प्राप्त करने के लिए नाइट्राइडिंग वातावरण, तापमान और अवधि को नियंत्रित करने के लिए उचित उपकरण आवश्यक है।

नाइट्राइडिंग प्रक्रिया

एक विशिष्ट नाइट्राइडिंग प्रक्रिया में मुख्य चरण हैं:

1. सफाई
   1. डीग्रीजिंग, क्षारीय सफाई, या एसिड पिकलिंग के माध्यम से घटक सतह से गंदगी, तेल, ग्रीस, ऑक्साइड और अन्य दूषित पदार्थों को हटा दें।
2. लदान
   1. संदूषण से बचने और उचित एक्सपोज़र सुनिश्चित करने के लिए घटकों को फिक्स्चर या बास्केट में सावधानी से लोड करें।
3. तापन और धारण
   1. नाइट्राइडिंग तापमान तक पहुंचने के लिए 400-800°F/hr (220-440°C/hr) की दर से गर्म करें।
   2. वर्कपीस को थर्मल संतुलन तक पहुंचने की अनुमति देने के लिए नाइट्राइडिंग तापमान पर रखें।
4. nitriding
   1. केस की गहराई प्राप्त करने के लिए आवश्यक समय के लिए वर्कपीस को नाइट्राइडिंग तापमान पर नाइट्रोजन-समृद्ध वातावरण में उजागर करें।
   2. अमोनिया गैस नाइट्रोजन और हाइड्रोजन में टूट जाती है। प्लाज्मा नाइट्रोजन आयन उत्पन्न करता है। सायनाइड लवण नाइट्रोजन छोड़ते हैं।
5. शमन
   1. नाइट्राइड संरचना को संरक्षित करने के लिए तेल की तरह तेजी से ठंडा करना। कुछ प्रक्रियाओं के लिए आवश्यक नहीं है.
6. उतराई और सफाई
   1. वर्कपीस को उतारें और बुझाने वाले तेल या नमक के किसी भी अवशेष को धोकर हटा दें।
   2. उपचार के बाद इसे पीसने या पॉलिश करने जैसा लगाएं।

वांछित केस गहराई प्राप्त करने, विरूपण को कम करने और नाइट्राइड चरण गठन सुनिश्चित करने के लिए सावधानीपूर्वक प्रक्रिया नियंत्रण की आवश्यकता है।

नाइट्राइडिंग के औद्योगिक अनुप्रयोग

यांत्रिक घटकों में नाइट्राइडिंग के कुछ सामान्य औद्योगिक उपयोगों में शामिल हैं:

गियर्स

नाइट्राइड मिश्र धातु इस्पात गियर में सतह की कठोरता और थकान शक्ति अधिक होती है। ट्रांसमिशन गियर, कैम गियर, रिंग गियर आदि में उपयोग किया जाता है।

बियरिंग्स

बेयरिंग रेस, रोलिंग तत्वों और बेयरिंग सतहों की नाइट्राइडिंग चक्रीय लोडिंग के तहत पहनने के प्रतिरोध और स्थायित्व में सुधार करती है।

क्रैंक्शैफ्ट

नाइट्राइडिंग से क्रैंकशाफ्ट फ़िललेट्स और जर्नल्स की थकान शक्ति बढ़ जाती है। ऑटोमोटिव और समुद्री इंजनों में उपयोग किया जाता है।

पिस्टन

नाइट्राइडेड कास्ट एल्यूमीनियम पिस्टन सिलेंडर की दीवारों के खिलाफ रगड़ प्रतिरोध और चिपकने वाला पहनने के प्रतिरोध को बढ़ाता है।

वाल्व

नाइट्राइडेड वाल्व फेस और स्टेम के साथ आंतरिक दहन इंजन के सेवन और निकास वाल्व में सुधार हुआ।

काटने के उपकरण

नाइट्राइडिंग से उपचारित लेपित उच्च गति वाले स्टील और कार्बाइड काटने वाले उपकरणों में धातु हटाने की दर और जीवन बेहतर होता है।

मर जाता है और साँचे में ढल जाता है

कास्टिंग, फोर्जिंग और स्टैम्पिंग के लिए नाइट्राइडेड टूल स्टील के सांचे और डाई बेहतर स्थायित्व और प्रदर्शन दिखाते हैं।

अन्य उपयोग

दबाव वाहिकाओं, शाफ्ट, सिलेंडर, कैम, फास्टनरों, एक्चुएटर्स और द्रव बिजली घटकों में आम।

सतह की कठोरता, पहनने के प्रतिरोध, थकान शक्ति और संक्षारण प्रतिरोध में वृद्धि नाइट्राइडिंग को महत्वपूर्ण यांत्रिक भागों के लिए आदर्श बनाती है।

आभूषण और सहायक उपकरण में नाइट्राइडिंग

जबकि औद्योगिक उपयोग की तुलना में यह कम आम है, नाइट्राइडिंग के आभूषण और फैशन सहायक उपकरण में कुछ विशिष्ट अनुप्रयोग हैं:

बेहतर सतह फिनिश

नाइट्राइडिंग अंगूठियां, कंगन और घड़ी के मामलों जैसे आभूषण धातु घटकों पर एक चिकनी समान सतह फिनिश प्रदान कर सकती है। इससे द्वितीयक पॉलिशिंग की आवश्यकता कम हो जाती है।

उन्नत संक्षारण प्रतिरोध

नाइट्राइड परत अंगूठियां, कंगन, चेन और धातु घड़ी पट्टियों जैसे नमी के संपर्क में आने वाले गहनों के टुकड़ों के संक्षारण प्रतिरोध में सुधार करती है।

सजावटी काली कोटिंग्स

नाइट्राइडिंग स्टेनलेस स्टील या टाइटेनियम द्वारा नक्काशीदार सतहों का चयनात्मक कालापन आभूषणों पर सजावटी पैटर्न और उच्चारण प्रदान कर सकता है।

कठोर सतहें

सतह को सख्त करके पुरुषों की अंगूठियाँ और धातु घड़ी बैंड जैसी उच्च उपयोग वाली आभूषण वस्तुओं के लिए बेहतर पहनने के प्रतिरोध।

लागत बचत

कुछ धातुओं में, नाइट्राइडिंग कम लागत पर प्लेटिंग या पीवीडी कोटिंग्स की तुलना में प्रदर्शन लाभ प्रदान कर सकता है।

ग्राहक का दृष्टिकोण

कुछ लक्जरी ब्रांड प्रौद्योगिकी और सतह फिनिश के कथित लाभों के लिए नाइट्राइडिंग का उपयोग करते हैं।

हालांकि विनिर्माण उद्योगों में उतना प्रचलित नहीं है, नाइट्राइडिंग चुनिंदा आभूषण अनुप्रयोगों के लिए कार्यात्मक और सौंदर्य संबंधी लाभ प्रदान कर सकता है। आभूषण धातुओं की दिखावट बनाए रखने के लिए उचित नियंत्रण की आवश्यकता होती है।

अन्य सतह सख्त करने की प्रक्रियाओं की तुलना

नाइट्राइडिंग अन्य सामान्य सतह सख्त करने की प्रक्रियाओं से कई मायनों में भिन्न है:

carburizing

कार्बराइजिंग से स्टील की सतह में नाइट्रोजन के बजाय कार्बन फैल जाता है। यह एक कठिन लेकिन कम स्थिर मार्टेंसिटिक केस बनाता है। नाइट्राइडिंग बेहतर संक्षारण प्रतिरोध प्रदान करता है।

नाइट्रोकार्बराइजिंग

नाइट्रोकार्बराइजिंग नाइट्रोजन और कार्बन दोनों को एक साथ जोड़ता है। संयुक्त कार्बोनाइट्राइड केस अकेले की तुलना में लाभ प्रदान कर सकता है।

प्रेरण सख्त

प्रेरण सख्तीकरण विद्युत चुम्बकीय प्रेरण के माध्यम से सतह को तेजी से गर्म और बुझाता है। नाइट्राइडिंग गहरी केस गहराई और कम विरूपण प्रदान करता है।

लौ सख्त

लौ सख्त होने के साथ, ऑक्सी-ईंधन मशालें बुझाने से पहले सतह को तेजी से गर्म करती हैं। नाइट्राइडिंग जटिल ज्यामिति को अधिक प्रभावी ढंग से कठोर कर सकती है।

कठिन फ़िल्म निक्षेपण

पीवीडी, सीवीडी और थर्मली स्प्रेड कोटिंग्स जैसी कठोर फिल्म जमाव तकनीकें सतह पर एक पतली सिरेमिक कोटिंग जमा करती हैं। बेहतर आसंजन और थकान प्रतिरोध के लिए नाइट्राइडिंग नाइट्रोजन को सब्सट्रेट धातु में ही फैला देता है। हालाँकि, कोटिंग्स इन्सुलेशन या उच्च तापमान प्रतिरोध जैसे अतिरिक्त लाभ प्रदान कर सकती हैं।