Thread Content
Технология ионного нитрирования с использованием глазкового разряда находит широкое применение с 1970-х годов. Однако в процессе ионного нитрирования возникают такие проблемы, как возникновение дуги на поверхности обрабатываемого изделия и эффект полой катодной трубки, которые влияют на качество нитрирования и могут повредить поверхность изделия. Эти проблемы необходимо преодолеть. Исследования механизма ионного нитридирования показывают, что нейтральные атомы N2 и колеблющиеся молекулы являются основными участниками реакций в процессе нитридирования при глазковой дисперсии. Это означает, что для проведения процедуры нитридирования не требуется поддерживать обрабатываемый объект на катодном потенциале в несколько сотен или даже тысяч вольт. Отсюда возникла идея технологии нитридации активных экранов. Технология ионного нитрирования с использованием активного экрана (Active Screen Plasma Nitriding, ASPN) – это новый метод ионного нитрирования, появившийся в Европе в последние годы. Она позволяет преодолеть такие технические проблемы, свойственные традиционной технологии ионного нитрирования с постоянным током, как возникновение дуги при обработке деталей, эффект полой катодной поверхности, сложности с измерением температуры, невозможность одновременной обработки деталей разного размера, а также высокие требования к квалификации оператора. Кроме того, с помощью этой технологии можно достичь такого же качества нитрирования, как и при использовании традиционного метода. В процессе ионного нитридирования на активной панели к железному каркасу подается постоянное отрицательное высокое напряжение; обрабатываемый изделие находится внутри этого каркаса, находясь в состоянии электроподвеса или под действием отрицательного напряжения. Под действием ионного излучения клетка нагревается, в то же время некоторые наночастицы, отслаивающиеся при этом, оседают на поверхности заготовки для нитридации. Таким образом, в процессе ионного нитридирования активной панели клетка одновременно выполняет две функции: нагревает деталь и служит носителем для нитридации. Ключевой компонент оборудования – это активная металлическая сетка, то есть та самая «клетка», о которой говорилось выше. Ток от импульсного или постоянного источника питания подается непосредственно на эту сетку. При этом возникающее тепло равномерно нагревает деталь, подвергаемую процедуре нитридации. В то же время газ, впрыскиваемый через специальные отверстия, создает плазму. Во время нитридации деталь окружается плазмой; плазма движется в строго определенном направлении и равномерно соприкасается с деталью, что обеспечивает равномерную нитридацию. Исследования механизма показали, что в процессе транспортировки наночастиц, сорвавшихся с активной поверхности, к поверхности обрабатываемого изделия, на их поверхности физически адсорбируется большое количество активных атомов азота. После осаждения этих частиц на поверхность изделия происходит десорбция адсорбированного азота; атомы азота распространяются вглубь стальной матрицы, образуя слой нитридации. Основные этапы процедуры нитридации следующие: (1) Детали, свободные от грязи и ржавчины, помещаются на специальную платформу, после чего камера печи герметизируется; (2) Включается вакуумный насос для снижения давления внутри печи до уровня 20 мкбар; (3) Подается ток на активную экранную поверхность; (4) Температура внутри печи достигает значения от 300 до 600 °C (для специальных сплавов температура нитридации может быть повышена до 800 °C); (5) Смесь азота и нейтральных газов поступает через форсунки в область вокруг активной экранной поверхности, что приводит к образованию высокоионизированных ионов, электронов и других активных, энергичных нейтральных частиц, которые затем используются для нитридации деталей; (6) Плазма, образующаяся на активной экранной поверхности, обеспечивает постоянное погружение обрабатываемых деталей в среду активных газовых частиц. В Европе многие крупные предприятия по термообработке приобрели оборудование для ионного нитрирования с активными экранами; оно показало хорошую эффективность, **что способствовало повышению экономической эффективности. В Японии диаметр такой печи для нитридации с активной панелью достигает 1000 мм, а высота — 1200 мм. Максимальная нагрузка при обработке составляет 2000 кг (включая приспособления для фиксации изделий). После обработки в печь подается азот под давлением 80 кПа для принудительного охлаждения. Использование стандартной атмосферы для ионного нитрирования (30% N2 + 70% H2) позволяет получить структуру матрицы типа γ’ + слой диффузии; увеличение содержания N2 и метана способствует образованию слоя фазы ε. Также можно использовать пропан, сульфиды водорода, фториды углерода и т. д., чтобы сформировать нитроуглеродные, оксиноитрогенные углеродные и серноноитрогенные закаленные слои. В настоящее время эта новая технология в нашей стране ещё не существует, поэтому необходимо срочно наверстать отставание.