- Nhiệt độ T:
4.6.3.Thấmplasma Nitơ
CHƢƠNG 4 THẤM NITƠ
4.6.3.Thấmplasma Nitơ
4.6.3.1. Khỏi niệm
Xử lý bề mặt plasma trong ỏp xuất riờng của Nitơ gọi là thấm plasma Nitơ. Cú bốn phản ứng hoỏ học quan trọng xảy ra trờn bề mặt chi tiết khi plasma được sử dụng làm nguồn cỏc nguyờn tử Nitơ.
Sản phẩm của cỏc nguyờn tử Nitơ trung hoà và ion hoỏ bởi cỏc electron bắn phỏ;
e- + N2 = N + N + 2e-
Fe và cỏc tạp chất bị bắn ra từ bề mặt chi tiết do sự va chạm của cỏc nguyờn tử Nitơ ion bị hoỏ. Tạp chất bị rỳt ra khỏi bỡnh chõn khụng bằng hệ thống bơm.
Hỡnh thành cỏc ion Nitrides do cỏc nguyờn tử Fe bắn ra và nguyờn tử N trung tớnh. Mặc dự cơ chế chớnh của plasma nitriding là phản ứng của nguyờn tử Fe với nguyờn tử N ở thể khớ gần bề mặt chi tiết thấm và sau đú đọng trờn bề mặt chi tiết d- ưới dạng hợp chất. Phản ứng này cũng xảy ra thậm trớ khi plasma khụng đủ để tạo nờn sputtering.
Sputtered Fe + N = FeN
Đọng và FeN bị phõn tớch trờn bề mặt chi tiết. Vỡ FeN khụng ổn định nờn dưới tỏc dụng của quỏ trỡnh bắn phỏ từ plasma nú bị phõn tớch thành epsilon pha Fe2-3N và gama prrime phase Fe4N tạo nờn một vựng hợp chất Fe/N. Tại mỗi giai đoạn phõn
tớch, n nguyờn tử phúng vào plasma hoặc bề mặt chi tiết và thấm sõu vào trong cũng như tạo thành một vựng thấm hợp kim nitride.
FeN Fe2N + N Fe2N Fe3N + N Fe3N Fe4N + N Fe4N Fe + N
Mặc dự Nitơ là một khớ trung tớnh trong khớ quyển, sự phõn tớch của nú tạo cho nú cú hoạt tớnh cao và cú khả năng tham gia vào xử lý bề mặt để tạo ra cỏc tớnh chất như độ cứng cao, chống mũn, ăn mũn.
Hỡnh 4.7. Quỏ trỡnh thấm Nitơ plasma 4.6.3.2 Cấu trỳc tế vi
Bất cứ vật liệu nào cú thể thấm Nitơ ở thể lỏng và rắn đều cú thể thấm Nitơ plasma. Cỏc lớp thấm palssma này về định lượng giống như cỏc phương phỏp truyền thống. Tuy nhiờn sự phõn bố Nitơ trong lớp thấm rất khỏc cho phộp tạo nờn nhiều cấu trỳc thay đổi. Một trong những ưu điểm chớnh của thấm plasma Nitơ là khả năng tạo nờn một sự kết hợp tối ưu của lớp hợp chất và và cỏc tớnh chất của vựng thấm để thoả món cỏc yờu cầu ứng dụng đặc biệt. Núi chung plasma nitriding cho phộp sản phẩm
của cỏc lớp bề mặt theo 3 dạng: Hợp chất epsilon và cỏc lớp thấm, hợp chất gamma prime và cỏc lớp thấm, chỉ lớp thấm.
Vựng hợp chất epsilon Fe2-3N thường dày khoảng 30m cú tỏc dụng tăng cường khả năng chống ăn mũn bề mặt. Vựng hợp chất gamma prime cú chiều dày nhỏ hơn 10m cho khả năng chống mỏi bề mặt cao. Núi chung giữa vựng hợp chất và vựng thấm cú biờn giới rừ ràng. Cấu trỳc và độ hạt của vật liệu nền khụng thay đổi trong vựng thấm. Độ cứng của vựng này quyết định bởi xụ lệch mạng và sự phõn bố của Nitơ.
Tớnh ổn định của lớp thấm cao, khụng cú khuynh hướng bong cỏc hợp chất dũn, độ nhỏm bề mặt khụng tăng. Chi tiết nờn sử dụng ngay sau khi thấm khụng cần qua mài hoặc đỏnh búng.
Hỡnh 4.8 Tổ chức lớp thấm và dự bỏo chiều sõu lớp thấm