Thấm nitơ lỏng bề mặt đẹp trong gia công cơ khí chính xác
Trong lĩnh xử lý bề mặt sản phẩm cơ khí, thấm nitơ lỏng nổi bật như một quy trình chuyên biệt và hiệu quả cao để tăng cường tính chất bề mặt của các thành phần kim loại. Phương pháp xử lý khuếch tán nhiệt này thường được sử dụng trong các ngành công nghiệp hàng không vũ trụ, ô tô và dụng cụ, mang lại độ cứng vượt trội, khả năng chống mài mòn và chống ăn mòn cho kim loại
1. Thấm nitơ lỏng là gì?
Thấm nitơ lỏng, còn được gọi là thấm nitơ hoặc cacbon hóa lỏng, là một quá trình khuếch tán nitơ và cacbon vào bề mặt vật liệu kim loại, điển hình là thép. Việc xử lý được thực hiện trong bể lỏng ở nhiệt độ cao, thường khoảng 500 đến 580 độ C (932 đến 1076 độ F). Môi trường lỏng bao gồm amoniac và các hợp chất giàu nitơ khác, tạo ra môi trường thuận lợi cho sự hấp thụ nitơ của bề mặt kim loại.
2. Các bước xử lý thấm nitơ lỏng bề mặt đẹp
- Chuẩn bị: Các thành phần kim loại được làm sạch hoàn toàn để loại bỏ tạp chất, đảm bảo kết quả tối ưu trong quá trình thấm nitơ.
- Gia nhiệt: Sau đó, các bộ phận này được nung nóng trong môi trường có kiểm soát đến nhiệt độ thấm nitơ mong muốn, thường nằm trong phạm vi phù hợp với hợp kim thép cụ thể.
- Bể thấm nitơ: Các bộ phận đã gia nhiệt được ngâm trong bể thấm nitơ lỏng có chứa amoniac hoặc các hợp chất giàu nitơ. Các phản ứng hóa học giữa bề mặt thép và nitơ dẫn đến sự khuếch tán nitơ và carbon vào vật liệu.
- Nguội: Sau khi đạt được độ khuếch tán mong muốn, các thành phần được làm lạnh và trải qua quá trình xử lý sau để nâng cao tính chất cuối cùng của chúng. Điều này có thể bao gồm các bước làm nguội, ủ hoặc các bước xử lý nhiệt khác.
3. Sự thay đổi ngoại quan của bề mặt kim loại khi thấm nitơ lỏng
Khi bề mặt kim loại tiếp xúc và hấp thụ nitơ lỏng, một số thay đổi về hình dáng và tính chất của nó có thể xảy ra. Dưới đây là một số tác động liên quan đến sự hấp thụ nitơ lỏng:
- Thay đổi màu sắc: Bề mặt kim loại có thể bị thay đổi màu sắc tạm thời. Sự thay đổi này thường là do sự hình thành của một lớp mỏng và nó có thể khác nhau tùy thuộc vào loại kim loại.
- Sự hình thành băng giá: Việc làm nguội nhanh kim loại bằng nitơ lỏng có thể khiến hơi ẩm trong không khí ngưng tụ và đóng băng trên bề mặt, tạo thành một lớp có màu trắng đục.
- Bề mặt dễ bị bong tróc: Nhiệt độ cực lạnh của nitơ lỏng có thể gây ảnh hưởng đến tính chất cơ học của bề mặt, khiến nó dễ bị nứt hoặc bong tróc.
- Co nhiệt: Kim loại co lại khi hấp thụ độ lạnh cực độ của nitơ lỏng, có khả năng dẫn đến những thay đổi về hình dạng hoặc kích thước tổng thể của vật liệu.
4. Thấm nitơ lỏng màu đen trên bề mặt vật liệu
Thấm nitơ thường không gây ra sự thay đổi màu đen trên bề mặt vật liệu. Nếu quan sát thấy bề ngoài có màu đen thì đó có thể là do các điều kiện quy trình cụ thể, sự thay đổi trong thành phần vật liệu hoặc các phương pháp xử lý sau thấm nitơ. Ví dụ quá trình hậu oxy hóa, thường được gọi là “oxit đen” có thể được áp dụng sau quá trình thấm nitơ để đạt được lớp bề mặt tối hoặc đen. Việc xử lý bổ sung này phục vụ một số mục đích, bao gồm chống ăn mòn, cải thiện tính thẩm mỹ và đôi khi tăng độ bôi trơn.
Lớp phủ oxit đen là kết quả của phản ứng hóa học được kiểm soát tạo thành một lớp magnetit (Fe3O4) trên bề mặt kim loại. Lớp này không chỉ mang lại vẻ ngoài màu đen mà còn tăng cường khả năng chống ăn mòn của vật liệu. Nó thường được sử dụng trên kim loại màu, chẳng hạn như thép, để cải thiện cả chức năng và tính thẩm mỹ.
Vì vậy, thấm nitơ sau đó xử lý bằng oxit đen, việc quan sát thấy bề ngoài màu đen trên vật liệu là một kết quả có giá trị và được mong đợi. Sự kết hợp của các quy trình này mang lại lợi ích kép là cải thiện độ cứng bề mặt và khả năng chống mài mòn do thấm nitơ, cùng với khả năng chống ăn mòn và bề ngoài bị đen do quá trình oxy hóa tiếp theo.
Hình 1: Các chi tiết gia công xử lý bề mặt thấm nitơ lỏng của Anttek Việt Nam
5. Ưu điểm của thấm nitơ lỏng
- Độ cứng: Thấm nitơ lỏng cải thiện đáng kể độ cứng của bề mặt được xử lý, dẫn đến tăng cường khả năng chống mài mòn. Điều này đặc biệt có lợi cho các bộ phận chịu điều kiện mài mòn, chẳng hạn như bánh răng, trục và dụng cụ cắt.
- Chống ăn mòn: Sự hình thành lớp hợp chất trên bề mặt trong quá trình thấm nitơ lỏng giúp cải thiện khả năng chống ăn mòn của các bộ phận được xử lý, khiến chúng bền hơn trong môi trường khắc nghiệt.
- Ổn định kích thước: Thấm nitơ lỏng thường dẫn đến sự biến dạng tối thiểu của các bộ phận được xử lý, đảm bảo độ ổn định kích thước tốt hơn so với một số phương pháp xử lý bề mặt khác.
- Thuộc tính ma sát được cải thiện: Việc xử lý giúp tăng cường độ bôi trơn của bề mặt, dẫn đến cải thiện đặc tính ma sát. Đây là lợi thế trong các ứng dụng đòi hỏi phải giảm ma sát và tăng cường tính chất trượt.
Thấm nitơ lỏng là một phương pháp xử lý bề mặt linh hoạt và đã được chứng minh, mang lại nhiều lợi ích góp phần nâng cao tuổi thọ, độ bền và hiệu suất của các thành phần kim loại được xử lý. Khi các ngành công nghiệp tiếp tục yêu cầu các vật liệu có đặc tính vượt trội, ứng dụng thấm nitơ lỏng có thể vẫn là nền tảng trong việc theo đuổi các đặc tính bề mặt nâng cao trong các lĩnh vực sản xuất đa dạng.
