Принципа на Йонното/Плазмено азотиране - Обяснено

Йонното или плазменото азотиране е съвременна термична обработка на повърхности, която звучи много готино и изглежда още по-готино.

Но откъде идват йоните и какво образува плазмата при йонното/плазменото азотиране? Нека се впуснем в подробностите на процеса.

Вече разгледахме ефектите от йонното/плазменото азотиране, както и начина, по който то въздейства върху стоманените детайли и подобрява техните характеристики — повърхностна твърдост, износоустойчивост и умора. Можете да научите повече тук.

Сега, нека се съсредоточим върху това какво точно се случва вътре в камерата по време на процеса и да се впуснем в техническите подробности. За да разберем всичко това, първо трябва да започнем със самата камера.

Инсталации за йонно/плазмено азотиране в Йонитех	Схема на инсталация за йонно азотиране

Вътре в нея се намира катодът – отрицателно зареден електрод, който в нашия случай представлява основната плоча. Поставянето на детайлите, които трябва да бъдат азотирани, върху тази плоча също ги превръща в отрицателно заредени. Стените на камерата, от друга страна, представляват анод – положително зареден електрод.
След затварянето на камерата вакуумната помпа изсмуква въздуха.

За да се създаде работната атмосфера, в камерата се вкарват различни процентни съотношения на водород и азот. Но как се стига от детайлите, разположени в камерата, до детайлите в плазма?

Нека започнем отначало.
Има четири състояния на материята – твърдо, течно, газообразно и плазмено. Плазмата е най-разпространеното състояние на материята във Вселената и може да се образува и на Земята по различни начини.
В нашия случай става дума за тлеещ разряд – вид плазма, създадена от електрически ток, преминаващ през газ. Между двата електрода се прилага напрежение и част от газовите атоми се йонизират при сблъсък с други атоми. Ниското налягане в камерата увеличава средния свободен път, което позволява на атомите да натрупат достатъчно енергия от сблъсъците, за да се йонизират.

Образуваните йони и електрони предизвикват още сблъсъци, йонизирайки още атоми и отделяйки още електрони. Електрическият потенциал привлича електроните към анода, докато положителните йони се привличат към катода — нашите части. Сблъсъците на йоните с катода осигуряват достатъчно енергия, за да се освободят още електрони от катода. След като бъдат възбудени, йоните губят енергията си доста бързо. Един от начините, по които губят енергия, е чрез излъчването на фотони — това е светлината, която виждаме.
Добре, създадохме плазмата, но какво точно се случва с детайлите?
Както споменахме по-рано, положителните йони се движат към катода. Йони на азот, водород и NH-радикали бомбардират катода и се случват две важни неща – разпрашване на повърхността (отстраняване на повърхностни атоми) и дифузия на азот в материала. Азотът образува нитриди с желязото върху повърхността на материала, създавайки белия слой отгоре, и също така дифундира по-дълбоко в стоманата, за да образува нитриди с желязо, хром, молибден и други легиращи елементи, създавайки дифузионния слой.

Schematic of ion bombardment - sputtering.	Schematic of nitrogen diffusion and layer formation.

Йонно/плазмено азотиране е изключително интересен процес. Използвайки силата на плазмата за дифузия на азот в метала, той създава твърд, износоустойчив слой, който повишава издръжливостта и експлоатационните характеристики на детайлите.

Не пропускайте да видите видеото ни с визуално обяснение (на английски език):