Na czym polega i czemu służy azotowanie stali?

Stal to zdecydowanie jeden z najpowszechniej wykorzystywanych w przemyśle stopów metali. Jednakże stal stali nierówna – poszczególne jej gatunki charakteryzują się różnymi właściwościami, np. odpornością na korozję lub wytrzymałością na uszkodzenia. Jedną z metod wykorzystywanych do otrzymania stali o konkretnym zestawie cech, jest azotowanie. Na czym ono polega i jakie daje efekty?

Na czym polega azotowanie stali?

Azotowanie to cieplno-chemiczna obróbka stopów żelaza, w trakcie której dochodzi do dyfuzyjnego nasycenia powierzchni metalu azotem. Do azotowania przeznaczone są specjalne odmiany stali, zawierające dodatek pierwiastków azotkotwórczych: chromu, molibdenu lub wanadu i które zostały wcześniej poddane odpowiedniej obróbce cieplnej. Najczęściej stosowaną metodą azotowania jest azotowanie gazowe – używa się w nimi stali węglowej, stopowej i niskostopowej. Cały proces zachodzi w środowisku gazowym z wykorzystaniem amoniaku i polega na zapewnieniu odpowiedniej aktywności termodynamicznej atmosfery azotującej. W czasie całego procesu zachodzą trzy główne procesy:

• Dysocjacja amoniaku – jest to rozkład cząsteczek podgrzanego do temperatury 500 stopni gazu oraz wydzielania aktywnych atomów azotu
• Absorpcja – czyli inaczej wchłanianie powstałego azotu w stal, który reaguje z żelazem tworząc azotek
• Dyfuzja – czyli przemieszczanie się obcych atomów w obrębie obrabianego metalu.

Po tych procesach na powierzchni metalu pojawia się cienka, nieprzekraczająca grubości 0,6 mm  warstwa azotków żelaza oraz innych metali wchodzących w skład stopu, między innymi chromu oraz aluminium. Cały proces trwa od 10 do nawet 100 godzin. Poza azotowanie gazowym stosowane są również inne formy: plazmowe, jonowe, proszkowe oraz azotowanie w złożach fluidalnych.

Efekty azotowanie

Wspomniana już warstwa azotków, powstająca w wyniku łączenia się pierwiastków metali z cząsteczkami azotu, odznacza się kilkoma bardzo pożądanymi właściwościami. Przede wszystkim jest ona bardzo twarda, a jej odporność na ścieranie jest duży wyższa, niż zwykłej stali.

- Twardość tej skorupy dochodzi do 1100 punktów na skali twardości Vickersa – mówi specjalista firmy Elana Pet – Co więcej, twardość powłoki utrzymuje się w temperaturach dochodzących do nawet 550 stopni. Dodatkowo wydatnie wzrasta odporność na korozję metalu. Z tego powodu azotowaniu poddawane są elementy szczególnie narażone na wysokie tarcie oraz wpływ czynników środowiskowych, powodujących rdzewienie.