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氮化

氮化

今天的制造商经常寻求硬化钢和铁部件的外部,以提高强度和抗断裂性能。经过这种形式的“表面硬化”的组件将保持一个更软,更柔韧的核心,同时显示更大的耐磨性。

零件生产商已经开发了多种方法来实现表面硬化。常用的技术包括感应淬火、渗碳和氮化。后一种方法是使用高温来帮助氮原子在工件的外层扩散。氮在钢表面的沉积提供了一种经济有效的方法来加强利用容易获得的廉价资源的金属部件。

氮化过程

在渗氮过程中,氮原子在低碳钢表面扩散。这种沉积的材料有助于形成外层氮化层,在足够高的温度下,有助于表面硬化。

在特定的温度范围内,氮会溶解到铁水和钢合金的表面。氮化物也形成在外部,并协助形成硬化的外层。这种转变将导致金属表面变得更脆;硬化的金属部分更有效地抵抗切屑,磨损,腐蚀和磨损。

氮化方法

今天的制造商主要依靠三种不同的方法来实现氮化。特定方法的选择在很大程度上取决于制造商、钢合金和金属部件的预期用途。

气体氮化

也被称为“氨氮化”,自20世纪20年代以来,制造商一直依赖这种方法对钢材进行表面硬化。

流程细节

制造商将金属零件的表面在高温下暴露于含氮气体中。生产设备通常利用氨,一种廉价的富氮气体,来达到这个目的。

好处

通过仔细控制环境因素,如所涉及气体的流量和炉温,如今的公司可以准确地确定可用氮的数量,并以一定的精度控制氮化过程。这种方法目前允许大量零件的氮化非常经济有效。然而,制造商需要密切监控生产过程,以防止爆炸。金属件的清洁度也影响气体氮化的效果;含油或油腻的表面会阻碍氮扩散到金属中。

例子

20世纪30年代,德国的制造商利用氨氮化技术开发了各种不同等级的“氮化钢”。该工艺通过提供硬化、耐腐蚀的金属,在建筑、金属制造和运输行业中发挥了重要作用。

盐浴氮化

制造商也可以将金属浸泡在氰化物盐或其他富氮物质的液体浴中。由于这个过程可能产生有毒的副产品,盐浴氮化在本世纪不再像几十年前在美国那样受欢迎。采用该工艺的生产设备必须控制环境风险。

流程细节

当零件连续暴露于不同的盐浴时,表面硬化制造过程可能与自动化生产环境中的渗碳一起发生。制造商可以完全浸泡在液体的一部分,确保整个表面暴露。

好处

这种形式的氮化比某些形式的气体氮化发生得快。它可能发生在相当“低技术”的生产设施中。

例子

在石油和天然气钻井行业,制造商广泛使用盐浴氮化技术来制造硬化的管道和钻头。

等离子体渗氮/离子渗氮

有时被称为“辉光放电氮化”,他的高科技制造过程依靠电场在等离子体状态下产生氮离子。

流程细节

制造商可以通过在金属喷涂、焊接或熔覆过程中使用的“热等离子体”将氮气直接沉积在金属工件表面。最近,一些公司还开发了非常复杂的“冷等离子体”方法,这种方法是在专门的低压无氧室的真空环境中进行的。

好处

这种氮化技术是近年来发展起来的。它提供了许多好处,包括能够控制氮化物沉积在相当接近的公差。由于生产设备可以利用氮气,该过程发生得很快。经过等离子体氮化处理的零件通常不需要进一步加工。由于制造商可以精确控制表面硬化沉积,等离子氮化技术有时可以生产非常强的表面硬化钢件。

例子

今天,在航空航天、航空和生物医学行业中出现了许多这种技术的例子。由于等离子体氮化可以控制氮化物的沉积,它可以产生异常坚固的金属表面。

应用程序

现代制造设施对广泛应用于各种行业的钢铁部件进行氮化处理。例如,表面硬化使某些合金和钢在交通运输、航空和航空航天工业中发挥重要作用。枪械制造商也广泛使用这一工艺来硬化武器中的钢部件。

氮化强化金属零件广泛应用于许多工业环境,如凸轮轴,齿轮,阀门和螺钉。在某些情况下,这种低成本的工艺也能提供重要的工具表面硬化。

关键优势

氮化过程具有许多重要的优点。首先,氮化强化工业钢的成本效益相对较高。氮在环境中广泛存在,而且价格相对低廉。其次,氮化处理有时可以提高金属工具、部件和制造材料的耐腐蚀性,从而延长其有效寿命。它使低碳钢合金不受磨损、断裂和磨损。第三,氮化提高了钢的表面硬度而不会引起内部脆性。


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