Ионно-плазменное азотирование (ИПА) − это разновидность химико-термической обработки деталей машин, инструмента, штамповой и литьевой оснастки, обеспечивающая диффузионное насыщение поверхностного слоя стали азотом. Суть ионно-плазменного азотирования заключается в том, что деталь обрабатывается в вакуумной камере концентрированным потоком ионов азота. Это обеспечивает формирование на поверхности изделия азотированного слоя, улучшающего поверхностные характеристики изделия (твердость, износостойкость).
Процесс азотирования проводится в вакуумной камере при очень низком давлении. Рабочими газами являются азот и водород или аммиак. За счет высокого напряжения электрического тока в камере образуется «плазма» (поток заряженных частиц), который обстреливает/бомбардирует поверхность, очищает ее и насыщает азотом. Перед ионным азотированием проводится закалка и высокий отпуск (600-620 С0), чтобы температура азотирования была ниже этих процессов.
Преимущества и отличия
Основные преимущества и отличия новых технологий в сравнении с существующими процессами ХТО и гальваники (цементация, цианирование, печное и каталитическое азотирование, хромирование и др.):
- экологическая чистота, безвредность и безотходность процессов;
- повышение производительности, снижение трудоёмкости и себестоимости обработки в 2-4 раза;
- повышение качества покрытий за счет равномерного, регулируемого и бездефектного формирования упрочненных слоёв;
- минимальное изменение размеров и сохранение чистовых параметров в допусках конструкторской документации, что исключает дополнительную механическую обработку упрочнённых изделий;
- применение простых и дешёвых способов предохранения деталей при местном упрочнении, которые заменяют вредные и дорогостоящие гальванические, а также другие изолирующие химические покрытия;
- создание специализированных типов защитных покрытий, имеющих специально ориентированное и регулируемое строение, обладающих уникальным комплексом свойств по износостойкости и сопротивляемости трещинообразованию
Свойства после ионного азотирования
После ионной ХТО происходит улучшение:
- поверхностной твёрдости (600…1250 HV);
- износостойкости, задиростойкости и антифрикционных свойств;
- предела выносливости;
- коррозионной стойкости;
- теплостойкости.
Азотирование в установках ИОН обеспечивает сохранение размеров деталей, а также чистовых параметров в допусках конструкторской документации. Таким образом, не требуется дополнительных дорогостоящих операций шлифовки, либо правки готовых изделий.
Детали с упрочнением, полученным методом ионного азотирования, можно использовать для снижения износа, снижения коэффициента трения, повышения коррозионной стойкости в разных средах, в том числе при высоких температурах.
- углеродистые и низколегированные стали
— h=0,2-0,7 мм, 350-650 HV; (35-58 HRC); - среднелегированные стали
— h=0,1-0,7 мм, 650-1200 HV; (58-71 HRC); - высоколегированные стали и Ti-сплавы
— h=0,01-0,3 мм, 700-1300 HV; (60-73 HRC); - инструментальные стали
— h=0,01-0,3 мм, 800-1300 HV; (64-73 HRC); - металлокерамика
— h=0,01-1,0 мм, 350-650 HV; (35-58 HRC); - чугуны
— h=0,1-0,3 мм, 500-700 HV; (49-60 HRC).
Упрочнённые изделия обладают высокой твёрдостью, усталостной и контактной прочностью, наилучшим комплексом износо-задиростойких и антикоррозионных свойств.
В целом вышеуказанные свойства превосходят показатели хромированных и других химико-термических покрытий в 2-4 раза.
Азотируемые детали
Процессу азотирования подвергается широкая номенклатура продукции машиностроения:
- Инструмент из быстрорежущей стали: фрезы, сверла, плашки, метчики, развертки, протяжки, долбяки, резцы;
- Пресс-формы для пластмасс, литья цветных металлов и сплавов, литья под давлением;
- Штампы прессовые, вырубные штампы, молотовые штампы;
- Матрицы и другая инструментальная оснастка для горячей деформации материалов;
- Пуансоны для глубокой вытяжки, ролики, катки и другая инструментальная оснастка для холодной деформации материалов;
- Зубчатые колеса, червяки, кулачки, штоки, коленчатые и распределительные валы, винты, пиноли, клинья, пальцы, направляющие, шпиндели, шнеки, цилиндры, оси, втулки, гильзы, кольца синхронизатора коробки передач, седла, рейки, роторы, плунжеры и цилиндры скважинных штанговых насосов (СШН), штанги, резьбовые замки, муфты, переходники;
- Корпусные детали, различные детали турбин и компрессоров. Клапаны, запорная арматура и другие изделия и заготовки.
