Algemene introductie van plasma nitreren
Nitreren is een harding thermochemische werkwijze waarbij stikstof wordt gediffundeerd in het oppervlak van een materiaal, over het algemeen (maar niet uitsluitend) verschillende soorten staal, vormen nitriden met de verschillende legeringselementen van het substraat in lagen die harder zijn dan het kernmateriaal zijn. Dit leidt tot verbeterde mechanische en chemische eigenschappen aan het oppervlak, zoals:
- Hoge oppervlaktehardheid.
- Hoge vermoeiingssterkte.
- Betere corrosiebestendigheid (voor niet van roestvrij staal).
- Verlaagde wrijvingscoëfficiënt en daardoor verhoogde weerstand adhesieve slijtage.
Nitreren wordt gewoonlijk bij temperaturen tussen 390-600°C (734-1110°F), waarbij geen faseovergang plaatsvindt in het staal uitgevoerd. Daarom kan de hardheid van het materiaal wordt gehandhaafd op de kern en maatveranderingen door de verwerkingstemperatuur klein zijn, waardoor reeds uitgehard materiaal te onderwerpen aan de voordelen van nitreren.
Er zijn drie soorten nitreerprocessen: gas, zoutbad, en plasma. Deze werkwijzen verschillen in het medium waardoorheen stikstof wordt gediffundeerd in het substraat nitriden vormen. In gas nitreren wordt gedissocieerd ammoniak als stikstofbron, terwijl zoutbadnitreren bestaan uit het onderdompelen van het substraat in een bad van gesmolten stikstof bevattende gevaarlijke zouten, zoals cyanide.
Voordelen met een plasma nitreren
Plasmanitreren is de meest recente en moderne vorm van nitreren. De werkwijze maakt gebruik van een plasma, geïoniseerd gas atomen, die door een aangelegd elektrisch veld nitriden aan het oppervlak van de onderdelen te vormen. Dit is een milieuvriendelijk proces met schoon gas (hoofdzakelijk zuivere waterstof, stikstof en argon), waarbij slechts geringe hoeveelheden energie vereist.
Energiebesparing wordt gerealiseerd door de lagere verwerkingstemperaturen van dergelijke nitreren met betrekking tot gas- en zoutbadnitreren en een efficiëntere stikstof depositiesnelheid als gas nitreren waardoor kortere verwerkingstijden.
Een ander voordeel van plasma nitreren is dat het behandelen van een grotere verscheidenheid aan materialen, zoals roestvast staal en onlangs zijn enkele ontwikkelingen ook gemaakt van aluminium, die niet kan worden genitreerd door gas of zoutbad methoden.
De vroegste plasma nitreren gebruikt het plasma als enige verwarmingsbron om het werkstuk te verwarmen voorafgaand aan de behandeling en tijdens de eigenlijke nitreren. Een muur met waterkoeling omsluit de kamer waarin nitreren plaatsvindt.
De temperatuur is sterk gerelateerd aan het begrip van het proces, de expertise van de bediener en de manier waarop de onderdelen geometrisch zich in de oven. Verder wordt een continue DC stroomgenerator gebruikt om het plasma te vormen. In tijd werden problemen waargenomen met de stroomtype, boogvorming het meest uitgesproken.
Vonkontlading optreedt wanneer stroomdichtheid aanzienlijk verhoogt en leidt tot kortsluiting, produceren plaatselijke oververhitting van het materiaal waardoor metallurgische en mechanische defecten, waardoor de kwaliteit.
Voordelen met hete muur en gepulste plasma
Ontwikkeling binnen de plasma nitreren technologie is bevallen van efficiëntere systemen, bestaande uit hete muur kamers en gepulseerde dc stroomgeneratoren. De hete wand kamers, met externe verwarmingselementen, zodat verwarmen van de beoogde delen zonder het gebruik van plasma die daardoor alleen nodig is voor de werkelijke nitreren. Hierdoor kan het proces bij lagere spanningen, waardoor de boogvorming risico verminderen. Bovendien hete wand kamers een betere regeling van de temperatuur tijdens het proces. Dit omdat het is voorzien van ventilatoren waarmee de buitenwanden van de kamer om oververhitting van het systeem te vermijden koelen.
Het gebruik van pulserende gelijkstroom laat een betere controle over het plasma en in combinatie met de algemene daling van spanning, vermijdt het probleem van vonkontlading. In dit soort systemen, temperatuur zodanig dat delen met verschillende geometrie kunnen worden behandeld tegelijkertijd met bevredigende resultaten, iets wat praktisch onmogelijk met koude wand, ononderbroken gelijkstroom energiesystemen.