Servicii de nitrurare cu plasmă
Nitrurarea cu plasmă (nitrurarea ionică) întărește suprafața componentelor din oțel utilizate în aplicații inginerești, fără etapă de călire și fără modificări dimensionale semnificative. Procesul se desfășoară la o temperatură de 480–520°C. Duritatea suprafeței atinge 600–1200 HV, iar adâncimea stratului nitrurat este de 0,05–0,6 mm, fiind specificată și verificată pentru fiecare lot de producție.
1200 HV
1200 HV
0.05–0.6 mm
0.05–0.6 mm
<0.02 mm
<0.02 mm
ISO 9001:2015
ISO 9001:2015
Cum funcționează
Nitrurarea cu plasmă în 5 pași
1. Încărcarea și fixarea pieselor
Componentele sunt curățate, suprafețele care trebuie protejate sunt mascate mecanic, iar piesele sunt montate pe dispozitive speciale de fixare, proiectate pentru a asigura o expunere uniformă la plasmă, inclusiv în cazul geometrilor interne complexe.
2. Evacuarea și preîncălzirea
Camera cuptorului este evacuată până la presiunea de proces. Componentele sunt preîncălzite într-o atmosferă de plasmă bogată în hidrogen, care îndepărtează oxizii și contaminanții de pe suprafață, care ar putea împiedica difuzia azotului.
3. Ciclul de nitrurare
Amestecul de gaze este reglat conform raportului specificat N₂/H₂. Temperatura (480–520°C), presiunea (0,1–10 mbar) și durata ciclului sunt stabilite în funcție de tipul materialului și de adâncimea stratului nitrurat solicitată. Plasma pătrunde uniform în alezaje, cavități și alte geometrii interne complexe.
4. Răcire controlată
Cuptorul este răcit într-o atmosferă controlată, fără operație de călire. Modificarea dimensională este determinată de expansiunea rețelei cristaline datorată azotului dizolvat, fiind predictibilă, constantă de la un lot la altul și, în mod obișnuit, de 0,005–0,02 mm pentru componentele de precizie.
5. Testare și certificare
Fiecare lot este verificat prin măsurarea microdurității Vickers (suprafață și profil în adâncime), examinare metalografică în secțiune, măsurarea stratului compus și verificarea adâncimii stratului nitrurat. La cererea proiectului, se emit documente de inspecție și certificare conform EN 10204.
Prezentarea procesului
Ce este nitrurarea cu plasmă (nitrurarea ionică)?
Nitrurarea cu plasmă este un proces termochimic de inginerie a suprafețelor, prin care azotul este introdus în stratul superficial al componentelor din oțel utilizând o descărcare luminescentă (glow discharge) controlată, într-un mediu de vid cu presiune scăzută.
Azotul reacționează cu fierul și cu elementele de aliere – crom, molibden, aluminiu și vanadiu – formând precipitate dure de nitruri în stratul superficial. În urma acestui proces se formează două zone structurale distincte:
Stratul de difuzie (Zona de difuzie)
Zona situată sub stratul compus, în care azotul se dizolvă în matricea oțelului. Aceasta introduce tensiuni reziduale de compresiune, care îmbunătățesc rezistența la oboseală a materialului. Reprezintă adâncimea efectivă a stratului nitrurat, măsurată și specificată conform cerințelor aplicației.
Parametri de proces
Parametri de proces
Stratul compus (Stratul alb)
Zona cea mai exterioară, cu o grosime de 1–25 µm, alcătuită din faze de nitrură de fier (ε-Fe₂₋₃N sau γ’-Fe₄N). Acest strat asigură rezistența directă la uzură a suprafeței.
În cazul nitrurării cu plasmă, grosimea, compoziția fazelor și chiar prezența stratului compus pot fi controlate cu precizie, inclusiv eliminarea completă a acestuia atunci când aplicația o impune. Acest nivel de control nu poate fi obținut prin nitrurarea convențională în gaz.
Beneficii inginerești
De ce aleg inginerii nitrurarea cu plasmă
Defectarea suprafeței este responsabilă pentru majoritatea cazurilor de cedare prematură a componentelor utilizate în utilaje industriale, scule, sisteme hidraulice și transmisii mecanice. Nitrurarea cu plasmă combate toate mecanismele majore de degradare a suprafeței, fără a compromite tenacitatea miezului materialului.
Duritate superficială și rezistență la uzură
Duritatea suprafeței poate atinge 600–1200 HV, în funcție de tipul oțelului utilizat, în timp ce tenacitatea miezului rămâne complet păstrată. Stratul compus obținut prin nitrurare cu plasmă este, pentru majoritatea oțelurilor aliate, mai dur decât cromul dur depus electrolitic, fără dezavantajele asociate acestuia privind impactul asupra mediului și riscul de exfoliere sau probleme de aderență.
Deformare redusă – esențială pentru componente de precizie
No quench. Dimensional change 0.005–0.02 mm. For shafts, hydraulic rods, gear teeth, and mould cavities where regrinding after surface treatment is not acceptable, low-distortion nitriding is the correct specification.
Rezistență la oboseală
Stratul de difuzie introduce tensiuni reziduale de compresiune, care cresc rezistența la oboseală a componentelor. În funcție de tipul aliajului și de adâncimea stratului nitrurat, oțelurile nitrurate prezintă, în mod obișnuit, o creștere a rezistenței la oboseală de 15–35% în condiții de solicitare la încovoiere rotativă.
Călire selectivă a suprafeței
Filetele, alezajele de precizie, suprafețele de etanșare și zonele cu ajustaj prin interferență pot fi protejate prin mascare mecanică, fără a fi necesară acoperirea cu cupru. În cazul nitrurării cu plasmă, acest proces este simplu de realizat, repetabil și oferă rezultate constante de la un lot la altul.
Strat compus (strat alb) controlat
Grosimea stratului compus poate fi redusă la minimum sau eliminată complet prin ajustarea raportului N₂/H₂. Atunci când aplicația o impune, se poate obține strat alb zero, fiind ideal pentru muchii tăietoare de înaltă precizie sau pentru aplicații în care un strat superficial fragil ar reprezenta un risc de cedare.
Acest nivel de control este o caracteristică specifică nitrurării cu plasmă și nu poate fi obținut prin metodele convenționale de nitrurare.
Fără deșeuri periculoase
Procesul utilizează azot (N₂) și hidrogen (H₂) în cantități controlate. Nu sunt utilizate săruri cu conținut de cianuri, nu sunt generate deșeuri periculoase provenite din băi de tratament și nu există obligații suplimentare privind conformitatea REACH asociate acestor procese.
Nitrurarea cu plasmă reprezintă o alternativă documentabilă și sustenabilă la nitrocarburarea în baie de săruri, fiind o alegere ideală pentru lanțurile de aprovizionare care trebuie să îndeplinească cerințe privind raportarea de mediu și sustenabilitatea.
Când este recomandată nitrurarea cu plasmă
Componente de precizie fără rectificare ulterioară
Componente cu geometrii interne complexe
Numai suprafețele specificate sunt nitrurate
Componente din inox cu duritate ridicată, fără pierderea rezistenței la coroziune
Componente cu cerințe ridicate de rezistență la oboseală
Componente cu strat alb controlat sau zero
Aplicații în care procesele pe bază de cianuri nu sunt acceptate
Oțeluri aliate: 42CrMo4, 31CrMoV9, 34CrNiMo6, H13, D2
Consider a different process
❌ Oțel carbon (C45): duritatea obținută este limitată (300–450 HV); se recomandă un oțel aliat
❌ Adâncime a stratului > 0,8 mm: nitrurarea în gaz este, de regulă, mai potrivită
❌ Aliaje neferoase: Al, Ti, Cu și aliajele pe bază de Ni necesită alte tratamente de suprafață
❌ Strat compus gros pentru protecție anticorozivă: nitrocarburarea în baie de săruri cu oxidare poate fi preferabilă
❌ Duritate > 1200 HV: sunt recomandate acoperiri PVD (TiN, TiAlN) sau CVD
Variantă de proces
Nitrocarburare cu plasmă
Atunci când aplicațiile cu contact prin alunecare necesită un strat compus cu o compoziție de fază diferită.
Nitrocarburarea cu plasmă introduce simultan azot și carbon în stratul compus, modificând compoziția fazelor din γ’ (Fe₄N) către ε (Fe₂₋₃(N,C)). Stratul compus de tip ε oferă un coeficient de frecare mai redus și o rezistență superioară la uzura prin adeziune în condiții de contact prin alunecare și lubrifiere mixtă.
Specificați nitrocarburarea cu plasmă atunci când:
- Componenta funcționează în contact prin alunecare, rotație sau mișcare alternativă (distribuitoare hidraulice, pistoane de actuatoare, fusuri de arbore cotit).
- Reducerea frecării este la fel de importantă ca duritatea suprafeței.
- Mișcările oscilante de înaltă frecvență generează uzură prin fretting.
- Rezistența la coroziune a stratului compus face parte din cerințele aplicației.
- Componenta funcționează în contact prin alunecare lubrifiată, în regim de lubrifiere mixtă.
Nitrurare cu plasmă vs. Nitrocarburare cu plasmă
Ghid de selecție
Aplicații
Industrii și componente tipice
Utilaje industriale
- Roți dințate și arbori canelați – 42CrMo4 nitrurat la 650–750 HV
- Came, carcase pentru rulmenți și plăci de uzură
- Tije și pistoane hidraulice – variație dimensională < 0,02 mm
Hidraulică și sisteme de supape
- Distribuitoare hidraulice și tije de actuatoare – nitrocarburare cu plasmă pentru contact prin alunecare
- Scaune de supapă și componente pentru pompe
- Geometria precisă a alezajelor este menținută după tratament
Matrițe și scule
- Inserții pentru matrițe de turnare sub presiune din H13 – rezistență la oboseală termică și uzură prin adeziune
- Matrițe pentru deformare la rece din D2 – 1000–1200 HV pe suprafețele de formare și tăiere
- Șnecuri de extrudare și matrițe – mascare selectivă a alezajelor pentru pinii ejectori
Industria auto
- Arbori cu came și arbori cotiți – rezistență sporită la oboseală și uzură
- Roți dințate pentru transmisii – nitrurarea oțelurilor 42CrMo4 și 16MnCr5
- Componente pentru sisteme de injecție – menținerea toleranțelor dimensionale stricte
Industria alimentară și chimică
- Oțeluri inoxidabile austenitice – tratament S-phase pentru duritate ridicată fără pierderea rezistenței la coroziune
- Componente din 316L – 900–1300 HV, cu rezistența la coroziune menținută
- Proces compatibil cu cerințele de igienă – fără compuși pe bază de cianuri
Petrol și gaze / Apărare
- Corpuri de supape, rotoare de pompe și componente de control al debitului – tratament S-phase pentru 316L și nitrurare pentru oțeluri aliate
- Componente structurale din oțel aliat – cu trasabilitate documentată conform EN 10204
- Componente turnate cu precizie – soluție integrată de turnare + nitrurare cu plasmă
De ce Plasmaterm
De ce să alegeți Plasmaterm pentru nitrurarea cu plasmă contractuală
Plasmaterm aplică tehnologia de nitrurare cu plasmă din 1965, anul înființării companiei ca institut de cercetare în știința materialelor și ingineria suprafețelor cu plasmă, înainte ca nitrurarea ionică să devină un proces industrial consacrat. Experiența noastră combină abordarea tehnică și analitică a unui institut de cercetare cu fiabilitatea producției industriale.
Lanț de aprovizionare integrat
- Turnare de precizie și nitrurare cu plasmă în aceeași unitate – fără transfer între furnizori
- Un singur sistem de management al calității ISO 9001:2015 pentru turnare și tratamentul de suprafață
- Trasabilitate unică conform EN 10204, de la topire până la componenta tratată și certificată
- Fără întreruperi ale trasabilității între turnare și nitrurare
- O singură comandă, un singur partener, o singură evidență a calității
Testare și trasabilitate
- Laborator metalografic propriu – verificarea stratului compus, a stratului de difuzie și a adâncimii stratului pentru fiecare lot
- Microduritate Vickers – măsurarea durității suprafeței și a profilului de duritate pentru fiecare lot
- Spectrometrie OES (Foundry Master Smart) – verificarea compoziției chimice înainte de tratament
- Certificate EN 10204 – tipurile 2.1, 2.2, 3.1 și 3.2
- ISO 9001:2015 – certificare valabilă până în iunie 2027
Capabilitatea procesului
- Parametri de proces stabiliți în funcție de material, geometria componentei și cerințele suprafeței – nu pe baza unor valori standard
- Cicluri cu strat compus controlat sau fără strat compus (numai strat de difuzie)
- Tratament S-phase pentru oțel inoxidabil, realizat intern, fără subcontractare
- Călire selectivă a suprafeței prin mascare mecanică, proiectată pentru fiecare componentă
- Nitrocarburare cu plasmă și nitrurare cu plasmă, procesul fiind ales în funcție de cerințele aplicației
FAQ
Care este diferența dintre nitrurarea cu plasmă și nitrurarea în gaz?
Nitrurarea în gaz utilizează amoniac disociat la 480–540°C. Formarea stratului compus (stratului alb) este inerentă procesului și dificil de eliminat. Tratarea selectivă necesită protejarea suprafețelor prin acoperire cu cupru.
Nitrurarea cu plasmă (nitrurarea ionică) se desfășoară la 480–520°C, într-un mediu de vid, cu parametri controlați independent – temperatură, amestec de gaze, presiune și densitatea curentului – oferind:
- Controlul stratului compus, inclusiv posibilitatea eliminării complete a acestuia
- Mascare mecanică, fără acoperire cu cupru
- Tratament uniform al suprafețelor interne și al alezajelor
- Deformații dimensionale mai reduse decât în cazul nitrurării în gaz, la aceeași adâncime de strat
Pentru componentele de înaltă precizie, nitrurarea cu plasmă oferă un control superior al procesului și o stabilitate dimensională mai bună.
Ce duritate a suprafeței poate fi obținută prin nitrurarea cu plasmă?
600–1200 HV, în funcție de tipul de oțel:
- Oțeluri speciale pentru nitrurare (31CrMoV9, 38CrMoAl): 950–1200 HV
- Oțel aliat pentru construcții de mașini – 42CrMo4: 650–800 HV
- Oțeluri pentru scule H13 / D2: 900–1200 HV
- Oțel inoxidabil tratat S-phase (1.4301 / 1.4404): 900–1300 HV
- Oțel carbon C45: 300–450 HV – insuficient pentru aplicații cu solicitări ridicate la uzură.
Ce adâncime de strat poate fi obținută?
Adâncimea totală a stratului este de 0,05–0,60 mm. Adâncimea efectivă a stratului (până la pragul de 550 HV) este, în mod obișnuit, de 0,10–0,40 mm pentru oțelurile aliate tratate în condiții standard.
Stratul compus are o grosime de 1–25 µm și este măsurat separat de stratul de difuzie. Atât adâncimea stratului, cât și grosimea stratului compus sunt specificate și verificate pentru fiecare lot prin analiză metalografică pe secțiune transversală.
Ce este stratul compus (stratul alb) și când trebuie eliminat?
Stratul compus (stratul alb) este zona exterioară a stratului nitrurat, cu o grosime de 1–25 µm, alcătuită din faze de nitrură de fier. Acesta oferă rezistență directă la uzură și este benefic în majoritatea aplicațiilor supuse uzării.
Reducerea sau eliminarea stratului compus este recomandată atunci când:
- Muchiile tăietoare sunt supuse solicitărilor de încovoiere, unde un strat fragil poate favoriza apariția fisurilor.
- Componentele sunt solicitate la oboseală, iar inițierea fisurilor în stratul compus reprezintă un risc.
- Urmează operații de acoperire sau îmbinare, pentru care prezența stratului compus poate afecta aderența.
Prin nitrurarea cu plasmă, grosimea stratului compus poate fi controlată cu precizie, inclusiv realizarea unui proces fără strat alb (zero white layer). Acest nivel de control nu poate fi obținut prin nitrurarea în gaz sau prin nitrocarburarea în baie de săruri fără modificări semnificative ale procesului.
Cum pot trimite un proiect pentru nitrurare cu plasmă la comandă?
Vă rugăm să ne transmiteți:
- Desenul tehnic (PDF)
- Calitatea materialului (conform standardelor EN/DIN sau AISI)
- Duritatea suprafeței și adâncimea stratului solicitate
- Suprafețele care trebuie mascate sau cerințele privind tratamentul selectiv al suprafeței