Белият слой при азотиране - обяснено

Когато става дума за йонно/плазмено азотиране, една от основните теми е „белият слой“. А най-често задаваните въпроси са: Какво представлява той? Крехък ли е? Винаги ли е желателен?

Нека обясним какво представлява „белият слой“ и да отговорим на тези въпроси по прост начин.

What is the white layer?

Белият слой (Свързана зона) при йонно азотиране	Различен бял слой постигнат за различни стомани

След металографско разяждане на напречното сечение на азотирана стомана най-външният повърхностен слой често изглежда бял под микроскоп, поради което се нарича бял слой. По-техническият термин е свързан слой.

В нашата статия за механиката на йонното азотиране обяснихме, че йони, радикали и активирани неутрални частици взаимодействат с повърхността. Това спомага за нагряването на детайла, почистването и активирането на повърхността, както и за доставката на активен азот. След това азотът дифундира в стоманата. Когато концентрацията на азот в първите няколко микрона близо до повърхността стане достатъчно висока, тя надвишава разтворимостта на азота във ферита при температурата на процеса. В този момент на повърхността се образуват железни нитриди. Ето защо слоят се нарича свързан слой.

Различните фази

При азотирането на стомана съставният слой се състои предимно от две фази на железен нитрид:

Фазата гама прайм (γ′) Fe₄N – обикновено се образува при нисък до умерен потенциал/активност на азота. Тя има кубична кристална структура.

И фазата епсилон (ε) Fe_2-3N – тази фаза се образува при по-висок потенциал/активност на азота. Тя има шестоъгълна кристална структура.

Често наблюдаваната последователност е, че първо се образува гама-прайм, а с нарастването на активността на азота на повърхността, епсилон става по-изразена.

Предимствата на белия слой

Свързаната зона може да бъде много полезна, тъй като притежава висока твърдост и може да подобри устойчивостта срещу абразивно и адхезивно износване, а често и устойчивостта срещу корозия.
Въпреки това не всеки детайл се нуждае от една и съща структура. За компоненти като матрици, форми и някои хидравлични детайли контролираната свързна зона, често с високо съдържание на епсилон-железен нитрид, може да бъде от полза.
Докато при детайли, изложени на високо контактно напрежение или умора, като зъбни колела и валове, свързаната зона обикновено се поддържа много тънък и плътен, а понякога се избягва изцяло.

Едно от основните предимства на йонното азотиране е, че образуването на белия слой може да се контролира с относително висока прецизност. Чрез регулиране на параметрите на процеса и отчитане на марката на стоманата е възможно да се получи висококачествена свързана зона, която да е предимно гама-прайм, предимно епсилон, смес от двете, с минимална свързана зона или изобщо без такава, в зависимост от изискванията към детайла.

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