Nitrasyon

Nitrasyon bir yüzey işlem prosesidir. Azotun çelik yüzeyine difüzyonun sonucu malzemenin yüzeyinde aşınma direncinin yüksek olduğu sert bir tabaka oluşur. Her malzemenin bir nitrasyon kabiliyeti vardır. Nitrasyon bazı çeliklerde korozyon direnci ve yorulma dayanımını artırır. Bazı çeliklerde ise korozyon direncini düşürür.


 

Düşük sıcaklık yüzey sertleştirme işlemlerinden biri olan nitrasyon; çelik parça yüzeyine azot atomlarının ara yer atomu olarak gönderilmesi ile yüzeyde sert bir tabakanın oluşturulması esasına dayanır. Azot sağlayıcı ortam olarak tuz banyosu ve gaz atmosferi kullanılabilir.


 

Nitrürleme işlemi 480-540 °C gibi düşük sıcaklıklarda yapılmaktadır. Bu sıcaklıklarda karbonlu çelikler ferritiktir. Nitrürleme işlemi Al, Cr, Mo, Ti ve V gibi nitrür oluşturan elementleri içeren çeliklere uygulanmaktadır. Nitrürleme işleminde, çelik yüzeyindeki atomik azot iç kısımlara doğru yayınır ve genellikle 5-15 μm boyutunda çok ince nitrür çökeltileri oluşturmak için reaksiyona girer. 


 

Demirde kısmen çözünen azot, %6' ya kadar olan bileşimlerde ferrit ile katı çözelti oluşturmakta ve %6 azot bileşiminde Fe4N kristal yapılı γ fazı oluşturmaktadır. %8' den daha fazla azot içeriğinde ise denge reaksiyon ürünü olan Fe3N kristal yapılı ε fazı oluşmaktadır Nitrürlenmiş yüzeyler katmanlı bir yapıda olup en dış yüzey beyaz tabaka diye isimlendirilen γ fazından oluşmaktadır. Böyle bir yüzey tabakası çok sert ve gevrek olup kullanımda pullanma şeklinde aşındığından istenmemektedir. Özel nitrürleme yöntemleri ile bu tabaka azaltılabilmekte veya daha az gevrek yapılabilmektedir. Daha sonraki bölge Fe3N kristal yapılı ε fazının oluşumu ile sertleşmiş olan difüzyon bölgesidir.


 

KN kontrollü gaz nitrasyonun avantajları


 

Beyaz tabaka kalınlığı ve faz kontrolü

Difüzyon bölgesindeki tane sınırı nitrürleri (Network) oluşumunun engellemesi

Derinlik kontrolü

Yüzey sertliği kontrolü

Çarpılma yok

Benzer ve türetilebilir prosesler oluşturabilme


 

Nitrasyon uygulamalarında yüzeyde oluşan beyaz tabaka tipik olarak γ ve ε sembolleriyle gösterilen iki faz halinde oluşmaktadır. Bu fazların oluşumunu sıcaklık ve ortam konsantrasyonu (Kn) etkilemektedir. Oluşan bu iki faz yüzeyde aşınmaya ve korozyona dayanıklı bir yapı oluşturmaktadır. Sıcaklık ve Kn kontrolü ile bu fazların oluşumu ve kalınlıkları kontrol edilebilmektedir. γ fazı ε fazının altında oluşmakta. γ fazı kübik kristal yapıda olmakta ve ε fazına göre kopmak yapıdadır. ε fazı ise Hegzagonal yapıda olup süngerimsi bir yapısı vardır. Uygulamadan uygulamaya bu fazların kalınlık ve oranları önemlidir.


 

Çelik parçalar nitrasyon işlemine tabi tutulmadan önce bazı ön hazırlıklar gereklidir. Bunlar;


 

Nitrürlenecek parçalar, çok iyi temizlenmeli ve yağdan arındırılmalıdır. Parçaların üzerlerinde kesinlikle, herhangi bir toz veya tufal belirtisi olmamalıdır.

Parça iyi bir şekilde temizlendikten sonra bir ıslah işlemi uygulanmalıdır. Ancak, bu işlem sırasında temperleme sıcaklığının, nitrürleme sıcaklığının üstünde (30-50 oC Yüksek) seçilmesine dikkat edilmelidir.

Çünkü temperleme sıcaklığı, nitrürleme işleminin uygulandığı sıcaklıktaki yapısal stabiliteyi garanti etmek için yeteri kadar yüksek seçilmelidir.

Taşlama dahil bütün mekanik işlemler yapılmalı, parça gereken boyutlarına ve yüzey düzgünlüğüne işlenmelidir.

Nitrürlenmesi istenmeyen kısımlar ince bir kalay tabakası ile kaplanmalıdır Nitrürleme sıcaklığında kalay ergir fakat yüzey gerilimi ile parça yüzeyine tutunarak kalır ve azotun difüzyonuna engel olur.

Seçilmiş olan nitrürleme yöntemine uygun, gereken kalınlıkta sert tabaka oluşturacak sürede nitrürasyon işlemi yapılmalıdır.


 

Nitrasyona Hazırlık:

Çelik parçalar nitrasyon işlemine tabi tutulmadan önce bazı ön hazırlıklar gereklidir. Bunlar;

•Nitrürlenecek parçalar, çok iyi temizlenmeli ve yağdan arındırılmalıdır. Parçaların üzerlerinde kesinlikle, herhangi bir toz veya tufalbelirtisi olmamalıdır.

•Parça iyi bir şekilde temizlendikten sonra bir ıslah işlemi uygulanmalıdır. Ancak, bu işlem sırasında temperleme sıcaklığının, nitrürleme sıcaklığının üstünde (30-50 oCYüksek) seçilmesine dikkat edilmelidir.

•Çünkü temperleme sıcaklığı, nitrürleme işleminin uygulandığı sıcaklıktaki yapısal stabiliteyi garanti etmek için yeteri kadar yüksek seçilmelidir.

•Taşlama dahil bütün mekanik işlemler yapılmalı, parça gereken boyutlarına ve yüzey düzgünlüğüne işlenmelidir.

•Nitrürlenmesi istenmeyen kısımlar ince bir kalay tabakası ile kaplanmalıdır Nitrürleme sıcaklığında kalay ergir fakat yüzey gerilimi ile parça yüzeyine tutunarak kalır ve azotun difüzyonuna engel olur.

•Seçilmiş olan nitrürleme yöntemine uygun, gereken kalınlıkta sert tabaka oluşturacak sürede nitrürasyon işlemi yapılmalıdır.


 

Nitrasyonun Avantajları:

Sementasyon ve karbonitrasyon gibi diğer yüzey sertleştirme işlemlerine göre daha düşük sıcaklıkta gerçekleşen bir prosestir.

•Aşağıdaki çelik türlerinde yüksek sertlikler elde edilir:

- Düşük alaşımlı çelikler (nitralloy, 4340, 4140, …)

- Sıcak iş takım çelikleri 0.4 C- 5 Cr- Si- Mo(1.2343, 1.2344, 1.2606, …)

- Takım çelikleri 0.5-1.5 C- Cr-Mo-W-V (1.2363, 1.2379, 1.3343, …)

•Korozyona dirençlidir (alaşımlı çelikler ve takım çelikleri için). Korozyon direnci şu sırayla artar; γ-nitrür, ε-nitrürve ε-karbonitrür

•Malzemenin çekirdek özelliklerinde bir değişim olmaz.