• Úvod
  • Odborné články
  • Řízená kapalinová iontová karbonitridace jako alternativa ke galvanickému pokovování

Řízená kapalinová iontová karbonitridace jako alternativa ke galvanickému pokovování

Řízená kapalinová iontová karbonitridace jako alternativa ke galvanickému pokovování

Postupy CLIN představují skupinu moderních a k životnímu prostředí šetrných procesů pro karbonitridaci a pro oxidaci oceli a litiny. Difúze dusíku a uhlíku vede ke vzniku takzvané sloučeninové vrstvy, která má nekovový charakter. Vynikající výhodou této okrajové zóny v porovnání s jinými typy povrchové úpravy je, že se sloučeninová vrstva vytváří na základním materiálu a nikoliv nanášením na povrch. Proto vykazuje velmi dobré přilnutí a má nepochybně sníženou citlivost k prasklinám. Sloučeninová vrstva je podepřená níže uloženou difúzní vrstvou. Díly, zpracované postupem CLIN, nabízejí výtečnou ochranu proti opotřebení, oděru, důlkové korozi a únavě.

Charakteristiky procesu

V  solných taveninách je možné v zásadě bez jakékoliv speciální  předběžné úpravy karbonitridovat všechny typy železných materiálů, jako jsou austenitické oceli, litiny nebo sintrované materiály. Provozní postup není komplikovaný. Po krátkém předběžném očištění a po předehřátí na vzduchu na teplotu  350 až 400°C, se díly  karbonitridují  v solné tavenině, všeobecně po dobu 60 až 120 minut. Teplota  zpracování  je obvykle  570 až  590 °C.  Ve  speciálních případech se  mohou používat  i nižší teploty (480°C) nebo vyšší teploty (630°C). Pro ochlazení se používá voda, vzduch, dusík, vakuum nebo  oxidační chladicí  lázeň. Tento  naposledy  jmenovaný  způsob poskytuje  významné  zvýšení korozní  odolnosti zpracovaných  dílů.  Potom  se  výrobní  dávka  čistí  horkou vodou v kaskádovém mycím zařízení. Pro karbonitridační taveninu je potřeba sledovat jen následujících několik parametrů :

  • chemické složení taveniny
  • teplotu zpracování
  • dobu zpracování

Solné  taveniny  poskytují  ve  srovnání  s jinými  provozními  médii  výjimečně  vysokou  nabídku  dusíku. Proces karbonitridace začíná bezprostředně po ponoření dílu do kapaliny. Již po několika minutách se zde ukazuje kompaktní sloučeninová vrstva.

V průmyslově  používaných  solích  se  jako  dárce  dusíku  používají  nejedovaté  sodné  a draselné kyanatany. Při reakci na povrchu dílu vzniká z alkalického kyanatanu uhličitan, s jen pomalou změnou složení  solné  taveniny.  Pomocí  průběžného  přidávání  nejedovatého  polymerického  organického regenerátoru  se  uhličitan,  jako  produkt  rozkladu,  přímo  v tavenině  recykluje  na aktivní  kyanatan. Protože prakticky nedochází  ke změně objemu, tak při požadovaném nastavování složení nedochází k vylévání přebytků soli.

Speciální  charakteristiku  dílů,  zpracovaných  postupem  CLIN,  představuje  téměř  jednofázová ε-karbonitridová  sloučeninová  vrstva s velmi vysokým obsahem dusíku 6 až  11 hmotnostních procent a s obsahem  uhlíku  0,5  až  2 hmotnostní  procenta.  Při  obvyklé  době  zpracování  60  až  120  minut dosahuje sloučeninová  vrstva sílu 10 až 20 μm. Se stoupajícím obsahem legujících prvků dochází ke snížení nárůstu vrstvy.

Obrázek 1 : Kvalita sloučeninové vrstvy po zkoušce v solné mlze v době trvání 1008 hodin

Díly, zpracované postupem CLIN, jsou dobře známé svojí vynikající odolností proti opotřebení, korozi a únavě. Navíc se zde podstatně snižuje tendence k oděru nebo k nalepování. Korozní odolnost se dále  může dramaticky zlepšit při přímém zachlazení dílů do oxidační solné  taveniny, podle potřeby s následným impregnačním krokem. Obrázek  1  ukazuje kvalitu  sloučeninové vrstvyna dílech, které prošly  celou  zkouškou  v době  trvání  1008 hodin.  Kromě  projevu  slabého  ztmavnutí  na  horní  části vrstvy a v pórech je samotná vrstva ve vynikajícím stavu.

Aplikace

Ventily ve spalovacích motorech představují díly s vysokými nároky v parametrech odolnosti proti tepelnému namáhání, opotřebení a korozi (viz obrázek 2).

 

 Obrázek 2: Ventily zpracované postupem CLIN

 

Při porovnání s dříve obvyklým chromováním se mohou výrobní náklady pomocí karbonitridace snížit, protože se může vynechat indukční kalení a konečné broušení. Navíc se nemusí dřík výfukového ventilu vyrábět z oceli pro indukční kalení. Celý ventil je možné vyrobit ze žáruvzdorné austenitické oceli. Zatím se s dobrým rozvojem v solných taveninách zpracovalo více než 250 miliónů ventilů. Doby zpracování pro karbonitridaci se pohybují v rozsahu od 15 do 90 minut, podle specifikace. V závislosti na rozměru zpracovatelského zařízení jsou velikosti výrobní dávky mezi 2500 a 4000 kusy. Realizuje se tedy produktivita výrazně pod 1 sekundu na jeden ventil. Rovněž se díky krátkým dobám zpracováni ani nemusejí udržovat nadměrné vyrovnávací kapacity pro případy změny rozměrů, materiálů nebo požadavků.

Karbonitridace v solné lázni spolu s následujícím oxidačním zpracováním se stále více a více používá pro pístní tyčky, hydraulické válce nebo pouzdra. Používají se materiály jako jsou konstrukční oceli, a nelegované nebo nízko legované oceli. Požadovaná doba výdrže při zkoušce v solné mlze je většinou 144 hodin bez vzniku korozních skvrn.

 

Obrázek 3 : Tyčky plynových pružin zpracované postupem CLIN

Obrázek 3 ukazuje příklad pístní tyčky plynové pružiny, jaká se používá v automobilovém a v leteckém průmyslu, ve strojírenství nebo v kancelářských křeslech. Na základě náhrady chromové vrstvy se zde dosáhla pozoruhodná úspora nákladů. Karbonitridace se uskutečňuje v plně automatizovaném zařízení. Kombinace až čtyřech pecí v jednom provozním podniku umožňuje dosažení doby cyklu 0,5 až 0,6 sekundy na jednu pístní tyčku.

Pro pohonné osy stěračů oken automobilů se většinou používá zinkovaná nebo niklovaná ocel, ale v průběhu provozu se často objevují problémy s korozí. Navíc jsou galvanicky povrchově zpravované díly čelního převodu se šikmým ozubením poměrně měkké, takže v průběhu životnosti vykazují sklony k prokluzování.

Zatím se pomocí postupu CLIN zpracovává více než 50 miliónů těchto os za rok (viz obrázek 4) a používají se u téměř všech vedoucích výrobců automobilů. Závit má lepší odolnost ve zkrutu a díky tomu se může při instalaci přítužná matice utahovat s vyšším utahovacím momentem. Podle konstrukce a podle požadavků konečného zákazníka je korozní odolnost při zkoušce v solné mlze až do 400 hodin.

 

Obrázek 4: Osy stěrače zpracované postupem CLIN

Technologie provozních zařízení

Postupy tepelného zpracování v kapalné soli je možné uskutečňovat v automatizovaných, počítačem řízených provozních zařízeních. Pro tento účel jsou k dispozici otevřená a zapouzdřená provozní zařízení. Automatické zařízení, znázorněné na obrázku 5, je umístěné ve výrobní hale a zpracovává díly pro výrobu v daném místě. Pozoruhodným charakteristickým parametrem tohoto provozního zařízení je čisté pracovní prostředí.

Díky krátkým dobám zpracování zde není potřeba vytvářet žádné velké vyrovnávací kapacity. Zavážka bubnů se uskutečňuje přímo u obráběcího centra. Provozní zařízení je vybavené počítačovým řízením úrovně plnění a podle potřeby sděluje uživateli požadavek na doplnění. Doplňování soli, popřípadě regenerátoru, se uskutečňuje z vnější strany pouzdra zařízení při použití speciální jednotky, takže pracovník obsluhy nepřijde do styku s procesem tepelného zpracování, ani nemusí pracovat přímo u pece.


Postup CLIN představuje ve většině případů ideální alternativu ke galvanizovaným povlakům,
k deformacemi zatíženým kalicím procesům a rovněž ke karbonitridačním procesům v plynném médiu nebo v plazmě. Postup rovněž nachází narůstající aplikace jako alternativa za použití nákladných korozivzdorných ocelí.

Na základě následujících specifických provozních charakteristik nabízejí procesy CLIN vynikající
reprodukovatelnost na vysoké kvalitativní úrovni :

  • Není zapotřebí žádné komplikované předběžné čištění.
  • Je k dispozici homogenní a velmi vysoká nabídka dusíku v celé tavenině.
  • Je k dispozici rychlý a konstantní přenos tepla.
  • Musí se sledovat jen několik málo provozních parametrů.
  • Struktura a hustota zavážky má jen malý vliv.
  • Zpracování je jednoduché s možností použití automatizace.

Výsledky, dosahované za zkušebních podmínek, se obvykle mohou hladce přenést do sériové výroby.

 

www.hef-durferrit.cz

  • autor:
  • Ing. Jan Gerstenberger


    Mohlo by vás také zajímat



     

    Archiv článků

    Nejbližší výstavy a semináře