Thông thường khi thấm nitơ (hoặc nguyên tố nào khác) người ta ñặt chi tiết vào trong môi trường có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoạt của nguyên
tố ñịnh khuếch tán rồi nung nóng chúng ñến nhiệt ñộ thích hợp, giữ lâu ở
nhiệt ñộ này ñể các nguyên tố cần thấm khuếch tán vào bề mặt chi tiết. Các quá trình thấm xảy ra theo ba giai ñoạn nối tiếp nhau: phân huỷ chất thấm, hấp thụ và khuếch tán. Thấm nitơ sử dụng chất thấm là khí amôniac, do ñó các giai ñoạn xảy ra như sau:
+ Phân huỷ:
Phân huỷ là quá trình phân hủy NH3 tạo nên nguyên tử hoạt tính của nguyên tố thấm có khả năng hấp phụ vào bề mặt kim loại cần thấm, chẳng hạn, thấm bằng NH3:
2NH3 → 3H2 + 2 [N] (1) Trong ñó: [N] là nitơ nguyên tử
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...40
+ Hấp thụ:
Sau khi phân huỷ, các nguyên tử hoạt ñược hấp thụ vào bề mặt thép. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp nguyên tử hoạt nguyên tố ñịnh khuếch tán có nồng ñộ cao, tạo nên sự chênh lệch về nồng ñộ giữa bề mặt và lõi.
+ Khuếch tán :
Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với nồng ñộ cao sẽ ñược khuếch tán vào trong tạo thành lớp thấm với chiều sâu nhất ñịnh. Nhờ khuếch tán lớp thấm ñược hình thành. Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt
ñộ, thời gian và nồng ñộ chất khuếch tán ở lớp bề mặt. Ngoài những yếu tố
nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo thành. Ví dụ, khi thấm nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch tán xảy ra nhanh hơn khi thấm kim loại (do tạo thành dung dịch rắn thay thế). [7]
Hình 1.15. Sơñồ quá trình phân hủy, hấp thụ và khuếch tán khi thấm nitơ[16]
Ba giai ñoạn phân huỷ (PH), hấp thụ (HT) và khuếch tán (KT) có liên quan rất mật thiết với nhau và có ảnh hưởng ñến quá trình thấm. Quá trình nào xảy ra chậm nhất sẽ quyết ñịnh tốc ñộ của quá trình. Chẳng hạn, nếu quá trình phân huỷ xảy ra nhanh hơn hấp thụ thì những nguyên tử hoạt tạo thành không hấp thụ kịp sẽ lại kết hợp với nhau trở thành phân tử, mất hoạt tính
Trường ðại học Nông nghiệp Hà Nội – Luận văn thạc sĩ nông nghiệp ...41
nữa, lúc này nó cản trở sự hấp thụ tiếp theo vì thế ảnh hưởng tốc ñộ của quá trình. Ngược lại khi các nguyên tử hoạt tạo thành không ñủ ñể hấp thụ thì thời gian hoá nhiệt luyện phải kéo dài. Trường hợp tốt nhất là tốc ñộ phân huỷ bằng tốc ñộ hấp thụ.
Tương quan giữa hấp thụ và khuếch tán có ảnh hưởng rất lớn ñến việc tạo thành lớp khuếch tán. Khi hấp thụ xảy ra nhanh hơn khuếch tán, các nguyên tử hấp thụ vào bề mặt không kịp khuếch tán vào trong nên nồng ñộ chất khuếch tán ở lớp bề mặt rất cao nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại nhỏ (ñường 1 trên hình 1.16). Ngược lại trong trường hợp khuếch tán nhanh hơn hấp thụ thì nồng ñộ chất khuếch tán ở lớp bề mặt thấp nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại lớn (ñường 2, hình 1.16). [7]
Hình 1.16. Ảnh hưởng của khuếch tán ñến nồng ñộ và chiều sâu lớp thấm