Obecný princip plazmové nitridace
Plazmová nitridace patří mezi čtyři užívané způsoby nitridace. Je způsobem nejlépe řízeným a také jsou dosahovány nejlepší výsledky. Nitridované součásti jsou umístěny ve vakuové nádobě, kdy stěna nádoby tvoří anodu a součásti katodu. Vlivem silného elektrické pole mezi recipientem a vsázkou dochází k ionizaci plynu nebo směsi plynů, např. N2, H2, jenž je přiváděn do vakuové nádoby za určitého provozního tlaku. Po připojení elektrického proudu vytvoří anomální výboj modro-fialové barvy, který rovnoměrně pokryje celý povrch součástí. Kladné ionty jsou urychlovány směrem k vsázce, na kterou dopadají s vysokou kinetickou energií. Část dopadajících iontů se přeměňuje v teplo, které vsázku rovnoměrně ohřívá. Teplota součástí má u plazmové nitridace rozhodující význam, neboť je na ní silně závislý difuzní koeficient. Tvorbu povrchové vrstvy nitridů lze podstatně řídit a ovlivňovat volbou vhodných podmínek nitridace, jako jsou teplota, napětí, plošná hustota proudu, tlak, složení atmosféry a doba nitridace.
Postup při plazmové nitridaci
Očištěné součásti se vhodným způsobem ukládají na stůl, který je připojen jako katoda. Po uzavření vakuové nádoby dochází k odčerpání zbytkových plynů a napouštění nitridační atmosféry zpravidla N2 a H2. Stěnou nádoby jsou součásti ohřívány na požadovanou teplotu. Dalším krokem je iontové čištění a odstranění pasivní vrstvy z povrchu součástí. Toto umožňuje nitridaci i korozivzdorných ocelí. Vlastní plazmová nitridace probíhá v rozmezí 400 až 600 °C. Dále jsou řízeny složení nitridační atmosféry, doba nitridace, tlak v zařízení a teplota stěny nádoby. Ochlazení vsázky se uskutečňuje pozvolně bez vzniku deformací v ochranné atmosféře. Zařízení se zpravidla otevírá při poklesu teploty vsázky pod 150 °C.
Přednosti plazmové nitridace
- Proces plazmové nitridace je velmi variabilní, což umožňuje nitridovat velké množství materiálů zároveň vytvářet vrstvy určené pro různé druhy namáhání.
- Teplota při plazmové nitridaci se měří přímo na součásti, tím je možné přesně řídit nitridační teplotu.
- Při ohřevu je náběh na teplotu pozvolný a rovněž pomalé ochlazování, díky tomu dochází pouze k nepatrným rozměrovým změnám a téměř žádnému zhoršení povrchové drsnosti.
- Technologie plazmové nitridace je zpravidla poslední operací po tepelném zpracování.
- Při této technologii je efektivní využití použitých plynů.
- Jedná se o ekologickou technologii využitelnou v praxi.
Materiály vhodné pro úpravu technologií plazmové nitridace
Tvrdost na povrchu součástí a nástrojů je nejvíce závislá na chemickém složením oceli. Musí být proto zvolen materiál, který požadavek na povrchovou tvrdost splňuje. Ke zvýšení povrchové tvrdosti přispívají zejména tyto legující prvky Al, Cr, Mg a Mn. K dosažení větší hloubky vrstvy přispívají u ocelí tyto přísadové prvky Mn, Cr, Mo a Ni.
Nitridovat je možné jak oceli slitinové, tak i oceli uhlíkové. Výsledná tvrdost se v obou případech bude lišit z důvodu obsahu dalších legujících prvků schopných tvořit nitridy. V případě slitinové oceli s obsahem prvků Cr – Al – Mo se nejprve vytváří velmi jemné nitridy hliníku, potom následují nitridy molybdenu a nakonec chromu. Technologie plazmové nitridace umožňuje při použití specifických nitridačních postupů vytvořit nitridační vrstvu i u korozivzdorných ocelí a u některých litin.
| Materiál ČSN | DIN | HV 1 | Nitrid. hloubka (mm) |
| 14 220 | 1.7131 | 600 – 750 | 0,3 – 0,6 |
| 15 142 | 1.7225 | 600 – 700 | 0,3 – 0,4 |
| 15 330 | 1.8519, 1.7707 | 800 – 1000 | 0,3 – 0,5 |
| 15 340 | 1.8507 | 800 – 1000 | 0,2 – 0,4 |
| 17 240 | 1.4301 | 800 – 1200 | 0,05 – 0,15 |
| 19 520 | 1.2311 | 750 – 850 | 0,3 – 0,6 |
| 19 573 | 1.2379 | 900 – 1300 | 0,1 – 0,2 |
| 19 830 | 1.3343 | 1000 – 1300 | do 0,1 |