Azotowanie – zaawansowana metoda obróbki cieplno-chemicznej metalu

Azotowanie to jedna z najbardziej zaawansowanych metod obróbki cieplno-chemicznej, stosowana w przemyśle do zwiększenia trwałości i odporności metali, a zwłaszcza stali. Dzięki temu procesowi, o którym przeczytasz więcej na stronie https://karbaz.com.ua/pl/ możliwe jest znaczne podniesienie właściwości mechanicznych materiałów, takich jak odporność na zużycie ścierne, twardość powierzchniowa czy odporność na korozję. To wszystko sprawia, że azotowanie znajduje szerokie zastosowanie w branżach takich jak motoryzacja, lotnictwo czy produkcja maszyn precyzyjnych. W artykule przedstawimy, na czym dokładnie polega ten proces, jakie są jego rodzaje, zalety oraz zastosowania.

Na czym polega azotowanie? Podstawy procesu

Jak możemy zobaczyć na https://karbaz.com.ua/pl/nasze-uslugi/ azotowanie to proces obróbki cieplno-chemicznej, polegający na nasyceniu warstwy wierzchniej obrabianego materiału azotem. Odbywa się to w wysokiej temperaturze, zwykle w zakresie 500–580°C, co pozwala na powstanie twardej i odpornej na ścieranie warstwy azotków na powierzchni metalu. Głównym celem azotowania jest zwiększenie twardości warstwy wierzchniej materiału bez pogorszenia jego właściwości mechanicznych w rdzeniu.

W procesie tym azot wnika w strukturę metalu, tworząc związki azotkowe z pierwiastkami stopowymi, takimi jak chrom, molibden, wanad czy tytan. W efekcie powstaje jednorodna warstwa o określonej grubości, która charakteryzuje się znaczną odpornością na ścieranie oraz działanie czynników chemicznych.

Rodzaje azotowania – techniki i ich charakterystyka

Istnieje kilka metod azotowania, które różnią się warunkami przeprowadzania procesu oraz technologią. Do najważniejszych należą:

a) Azotowanie gazowe
Najbardziej rozpowszechniona metoda, w której azot dostarczany jest w postaci gazowej, najczęściej w formie amoniaku (NH₃). Proces ten odbywa się w szczelnych piecach, gdzie pod wpływem wysokiej temperatury amoniak rozkłada się, uwalniając atomy azotu, które dyfundują w głąb powierzchni metalu. Azotowanie gazowe jest cenione za swoją efektywność i możliwość uzyskania równomiernej warstwy azotowanej.

b) Azotowanie plazmowe (jonowe)
W tej nowoczesnej metodzie stosuje się plazmę, czyli zjonizowany gaz, który działa jako źródło azotu. Proces ten odbywa się w niskociśnieniowej atmosferze, gdzie metal jest poddawany działaniu energii elektrycznej w postaci impulsów. Azotowanie plazmowe pozwala na precyzyjne kontrolowanie grubości i twardości warstwy azotowanej, a jednocześnie redukuje ryzyko odkształceń materiału.

c) Azotowanie w kąpieli solnej
Metoda ta polega na zanurzeniu obrabianego materiału w stopionej kąpieli solnej zawierającej związki azotu. Choć ten sposób zapewnia szybkie nasycenie powierzchni azotem, obecnie jest coraz rzadziej stosowany ze względu na jego negatywny wpływ na środowisko oraz trudności w utylizacji odpadów.

Każda z metod ma swoje zalety i ograniczenia, dlatego wybór odpowiedniego rodzaju azotowania zależy od specyfiki obrabianego materiału oraz wymagań końcowego produktu.

Zalety i ograniczenia azotowania

Azotowanie cieszy się dużym uznaniem ze względu na liczne korzyści, jakie niesie dla przemysłu. Do głównych zalet tej metody należą:

– Zwiększenie twardości powierzchniowej – powstająca warstwa azotków jest niezwykle twarda, co znacząco wydłuża żywotność elementów.

– Odporność na ścieranie i korozję – azotowana powierzchnia cechuje się znacznie wyższą odpornością na zużycie mechaniczne oraz działanie czynników chemicznych.

– Minimalne odkształcenia materiału – w procesie azotowania temperatura obróbki jest relatywnie niska, co redukuje ryzyko deformacji elementów, szczególnie w porównaniu z innymi metodami cieplnej obróbki metali.

– Trwałość warstwy – warstwa azotowana charakteryzuje się wysoką stabilnością termiczną, dzięki czemu nie ulega degradacji w wysokich temperaturach.

Jednakże, jak każdy proces, azotowanie ma również pewne ograniczenia. Wśród nich można wymienić:

– Ograniczoną głębokość warstwy azotowanej, która zwykle wynosi od 0,1 do 0,5 mm.

– Wysokie wymagania dotyczące składu chemicznego materiału – nie każda stal nadaje się do azotowania.

– Relatywnie długi czas procesu, szczególnie w przypadku azotowania gazowego.

Zastosowanie azotowania w przemyśle

Dzięki swoim unikalnym właściwościom azotowanie znajduje szerokie zastosowanie w wielu gałęziach przemysłu. Jednym z głównych obszarów, w których metoda ta jest powszechnie wykorzystywana, jest przemysł motoryzacyjny. Elementy takie jak wały korbowe, koła zębate, tuleje czy popychacze zaworów są azotowane, aby zwiększyć ich odporność na zużycie i przedłużyć ich trwałość.

W lotnictwie azotowanie jest stosowane do obróbki precyzyjnych komponentów, które muszą wytrzymywać ekstremalne obciążenia mechaniczne i termiczne, takich jak łożyska czy elementy przekładni.

Inne przykłady zastosowania azotowania obejmują przemysł maszynowy (np. formy do odlewania, narzędzia skrawające), energetykę (turbiny, wały generatorów) oraz medycynę (implanty, narzędzia chirurgiczne). W każdym z tych przypadków azotowanie pozwala znacząco zwiększyć trwałość i niezawodność produktów.