Nitraus

Mikä on nitraus?

Nitraus, eli typetys, on teräksen pintakäsittelymenetelmä, jossa typpeä, ja usein myös hiiltä, johdetaan metallikappaleen pintaan niin matalassa lämpötilassa, että kappale pysyy kiinteänä koko käsittelyn ajan. Tämä prosessi luo metallikappaleen pintaan ohuen ja kestävän nitridikerroksen, joka parantaa kappaleen kulumis- ja korroosionkestävyyttä. Nitrausta käytetään yleisesti monissa teollisissa sovelluksissa parantamaan metallikomponenttien suorituskykyä ja kestävyyttä.

Nitrausprosessin mekanismi

Nitrausprosessissa teräskappaleen pintaan muodostuu noin 5–20 mikrometrin paksuinen nitridikerros, joka suojaa kappaletta kulumiselta ja korroosiolta. Tämän suojakerroksen alle muodostuu diffuusiokerros, joka voi olla jopa millimetrin paksuinen ja joka parantaa kappaleen väsymislujuutta.

Nitrausmenetelmät

Nitrausta voidaan toteuttaa useilla eri menetelmillä:

• Kaasutypetys (kaasunitraus): Kappale pidetään 30–90 tuntia uunissa, johon johdetaan ammoniakkikaasua. Uunin lämpötila on 500–530 °C. Ammoniakki hajoaa vapaaksi typpeksi ja vetykaasuksi, ja typpi diffundoituu metallin pintaan muodostaen nitridikerroksen.
• Hiilitypetys: Tässä menetelmässä käytetään typen lisäksi hiiltä sisältävää kaasua, kuten hiilidioksidia. Lämpötila on hieman korkeampi, 570–580 °C, ja käsittelyaika on lyhyempi, 2–6 tuntia. Tämä menetelmä on nykyään yleisin.
• Plasmanitraus: Plasmanitrauksessa käytetään voimakkaita sähkökenttiä ionisoimaan typpeä alipaineuunissa. Tämä mahdollistaa tarkemman purentasyvyyden ja kerrospaksuuden hallinnan.
• Suolakylpynitraus: Tässä menetelmässä typpeä tarjoava aine on typpeä sisältävä suola, joka myös usein lisää hiiltä metallin pintaan. Suolakylpyjen käyttö on vähentynyt niiden myrkyllisyyden ja ympäristövaikutusten vuoksi.

Nitrausprosessin edut ja haasteet

Nitrauksen merkittävin etu on sen kyky parantaa metallin pinnan kulutuskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä. Nitrattu pinta on erittäin kova ja kestävä, mikä lisää komponenttien käyttöikää huomattavasti. Esimerkiksi vaihteet, kampiakselit, nokka-akselit ja ruuvit ovat yleisiä sovelluskohteita.

Nitrausmenetelmien vertailu

Kaasutypetys:

• Edut: Tarkka prosessin hallinta, suuret erät mahdollisia, edulliset laitteistokustannukset.
• Haitat: Pinnan saastuminen voi heikentää tuloksia, ammoniakki on vaarallista hengitettynä.

Suolakylpynitraus:

• Edut: Lyhyet käsittelyajat, yksinkertainen prosessi.
• Haitat: Myrkylliset suolat, suolajätteen käsittely kallista ja säädeltyä.

Plasmanitraus:

• Edut: Tarkka mikrostruktuurin hallinta, vähäinen vääntyminen, laaja lämpötila-alue.
• Haitat: Korkeat laitteistokustannukset.

Nitrauksen käytännön sovellukset

Nitraus soveltuu monenlaisille metalliseoksille, kuten seostamattomille ja seostetuille teräksille, titaanille, alumiinille ja molybdeenille. Komponentit kuten vaihteet, kampiakselit ja muottityökalut hyötyvät erityisesti nitridikerroksen tuomasta kulumis- ja korroosionkestävyydestä.

Mustanitraus

Erityinen jälkikäsittely, mustanitraus, lisää käsitellylle pinnalle mustan oksidikerroksen, joka parantaa ulkonäköä ja antaa lisäsuojaa korroosiota vastaan. Tämä menetelmä toteutetaan yleensä vesihöyryllä tai ilokaasulla.

Yhteenveto

Nitraus on tehokas pinnoitustekniikka, joka parantaa metallien kulutuskestävyyttä ja korroosionkestävyyttä. Eri nitrausmenetelmät tarjoavat monipuolisia mahdollisuuksia käsitellä eri materiaaleja ja tarpeita soveltuvaksi eri teollisuudenaloille. Niiden avulla varmistetaan, että metallikomponentit ovat suorituskykyisiä ja pitkäikäisiä vaativimmissakin olosuhteissa.