Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm ni-tơ xung plasma ở nhiệt độ thấp (570-600 độ c) trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chi tiết máy

BỘ CƠNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ
CẤP BỘ NĂM 2007

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG
PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO
DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY
Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN

Cơ quan chủ quản:
Cơ quan chủ trì đề tài:
Chủ nhiệm đề tài:

Bộ Cơng Thương
Viện Nghiên cứu Cơ khí
Lục Vân Thương

6821
25/4/2008
Hà Nội - 2007


BỘ CƠNG THƯƠNG
VIỆN NGHIÊN CỨU CƠ KHÍ

BÁO CÁO TỔNG KẾT
ĐỀ TÀI NGHIÊN CỨU KHOA HỌC CÔNG NGHỆ

CẤP BỘ NĂM 2007

Tên đề tài:
NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÔNG NGHỆ THẤM NI-TƠ XUNG
PLASMA Ở NHIỆT ĐỘ THẤP (570-6000C) TRONG CHẾ TẠO
DỤNG CỤ CẮT GỌT VÀ CHI TIẾT MÁY
Ký hiệu: 94-07.RD/HĐ-KHCN

Thủ trưởng đơn vị
(Ký tên, đóng dấu)

Chủ nhiệm đề tài
(Ký, ghi rõ họ tên)

Hà Nội - 2007


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

MC LỤC
Trang
MỞ ĐẦU

3

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN

5

1.1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài

5

1.1.1. Mục tiêu của Đề tài

5

1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu

5

1.2. Tầm quan trọng của công nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện

5

1.3. Cơng nghệ nhiệt luyện

5

1.3.1. Các thơng số liên quan trong quá trình nhiệt luyện

5

1.3.2. Phân loại các dạng nhiệt luyện

6

1.4. Cơng nghệ hố nhiệt luyện

7

1.4.1. Cơ sở của hố nhiệt luyện

7

1.4.2. Đặc điểm và mục đích của hố nhiệt luyện

9

1.5. Q trình phát triển cơng nghệ thấm ni-tơ xung plasma trên thế
giới

10

1.5.1. Sự hình thành cơng nghệ ở các nước công nghiệp phát

10

1.5.2. Các chủng loại thiết bị cơ bản trên thế giới

11

1.5.3. Vật liệu chi tiết máy và các tính chất sau khi thấm ni-tơ

13

triển

1.5. Q trình phát triển cơng nghệ thấm ni-tơ plasma ở việt nam
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT

19
20

2.1. Giới thiệu chung

20

2.2. Thấm ni-tơ thể khí thơng thường

20

2.3. Thấm nitơ thể lỏng

21

2.3.1. Thấm nitơ thể lỏng thông thường

21

2.3.2. Thấm nitơ thể lỏng nitarid

21

2.4. Thấm ni-tơ ion plasma

22

2.4.1. Quá trình thấm ni-tơ plasma

23

2.4.2. nh ngha xung plasma

24

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

2.4.3. Sự phân lớp

25

2.4.4. Quá trình ELTROPUL

25

2.5. So sánh đánh giá các ưu nhược điểm của các phương pháp

27

2.5.1. So sánh công nghệ thấm nitơ - plasma so với các phương
pháp thấm nitơ thông thường

27

2.5.2. So sánh thấm Nitơ - plasma với mạ Crơm

27

2.6. Các thơng số trong q trình thấm

28

2.6.1. Điện áp, mật độ dòng ion

28

2.6.2.Thời gian

28

2.6.3. Nhiệt độ

29

2.6.4. Thành phần hỗn hợp khí

29

2.7. Kết luận chương 2
CHƯƠNG 3. CƠNG NGHỆ VÀ THIẾT BỊ THẤM NI-TƠ PLASMA

31
33

3.1. Thiết bị thấm ni-tơ plasma

33

3.1.1. Giới thiệu chung về thiết bị thấm ni-tơ tại PTN Trọng
điểm Công nghệ Hàn và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ khí.

33

3.1.2. Cấu tạo buồng làm việc lò thấm H4580 Eltrolab

34

3.2. Khảo sát vật liệu chế tạo chi tiết thấm

37

3.3. Thiết kế đồ gá

39

3.4. Quy trình cơng nghệ thấm ni-tơ plasma

40

3.4.1. Vật liệu

40

3.4.2. Làm sạch

41

3.4.3. Tiến hành gá lắp vào thùng lị

41

3.4.4. Lập chương trình thấm

41

3.4.5. Kiểm tra hệ thống trước khi thực hiện quá trình thấm

43

3.4.6. Quy trình vận hành thiết bị

43

3.5. Kết luận chương 3
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ KẾT QUẢ

45
46

4.1. Sử dụng thiết bị Eltropul thấm nitơ - plasma một số mẫu thí
nghiệm
4.1.1. Mẫu thép C45, gang xám, 40X

46

4.1.2. Thấm thép dụng c AISI H13 (Chromium hot work steel)

50

Lục Vân Thơng – PTN Hµn & XLBM


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

4.1.3. Thấm thép hợp kim AISI 4140 (Chromium-molybdenum
steel)

52

4.2. Sử dụng thiết bị Eltropul thấm nitơ - plasma sản phẩm là trục
răng bơm dầu

53

4.2.1. Đặt vấn đề

53

4.2.2. Tiến hành thí nghiệm

53

4.2.3. Kết quả kiểm tra thử nghiệm

55

4.3. Kết quả khảo nghiệm
Kết luận và kiến nghị
Tài liệu tham khảo
Phụ lục 1
Phụ lục 2
Phụ lc 3

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

56


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

M ĐẦU
Ở nước ta trong sự nghiệp Cơng nghiệp hố - Hiện đại hoá đất nước với
nền kinh tế thị trường đang phát triển với nhịp độ cao. Các ngành công nghiệp
như: Cơ khí, khai thác mỏ, chế biến, ngành hàng khơng … được đánh giá là
có tốc độ phát triển nhanh. Nhưng song song với sự phát triển đó có những
yêu cầu bức thiết được đặt ra nhằm phát huy nội lực trong nước đó là việc nội
địa hố các sản phẩm, trang thiết bị nhập ngoại.
Lực lượng kỹ thuật, công nghệ trong nước ngày càng được bổ sung đông
đảo với tính hội nhập cao.
Cùng với sự có mặt các trang thiết bị công nghiệp được nhập khẩu từ các
nước tiên tiến trên thế giới, việc nghiên cứu thiết kế, chế tạo các trang thiết bị
để thay thế hàng nhập ngoại, phát huy nội lực trong nước đang trở lên cần
thiết.
Cơng nghệ nhiệt luyện là q trình làm thay đổi tính chất của vật liệu
(chủ yếu là vật liệu kim loại) bằng cách thay đổi cấu trúc bên trong mà khơng
làm thay đổi hình dáng và kích thước của chi tiết.

Trên thực tế, hiếm có vật phẩm kim loại nào được chế tạo mà lại khơng
trải qua q trình xử lý nhiệt, q trình mà ở đó kim loại được nung nóng và
làm nguội dưới một chế độ được kiểm sốt nghiêm ngặt nhằm cải thiện các
tính chất cũng như tuổi thọ của vật liệu. Nhiệt luyện có thể làm mềm kim loại
để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thể làm các chi tiết trở nên cứng
hơn, để cải thiện độ bền. Cơng nghệ này cịn có khả năng phủ những bề mặt
rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng chống mài mịn. Nó cịn có thể
tạo ra lớp chống ăn mịn trên bề mặt chi tiết, để bảo vệ chi tiết khỏi các tác
nhân có hại từ mơi trường. Và, nhiệt luyện cịn có thể làm cho các vật liệu
giòn trở nên dẻo dai hơn.
Các chi tiết qua nhiệt luyện thường đóng vai trị rất quan trọng đối với
hoạt động của các loại ô - tơ, máy bay, tàu vũ trụ, máy vi tính và các loại máy
móc khác trong cơng nghiệp. Tính chất và khả năng làm việc của các loại
dụng cụ cắt, bánh răng, trục cam, trục khuỷu,... phụ thuộc hoàn toàn vào nhiệt
luyện. Những sản phẩm này hầu hết được chế tạo từ thép bao gồm các loại đã
qua cán dạng thanh hay ống cũng như các chi tiết qua đúc, rèn, hàn, gia cơng
cơ khí, ép, dập hay kéo. Với các phương pháp nhiệt luyện thơng thường như:
ủ, thường hố, tôi ram…các chi tiết sau nhiệt luyện vẫn bị các khuyết tật: biến
dạng và nứt, oxy hố, độ cứng khơng t (cao quỏ hoc thp quỏ), tớnh giũn
Lục Vân Thơng – PTN Hµn & XLBM

3


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

cao. Hay với các phương pháp thấm nitơ, cácbon thông thường có sử dụng
các khí độc, muối độc gây hại cho con người và làm ô nhiễm môi trường.
Từ những thực tế trên, các nhà khoa học trên thế giới đã nghiên cứu, thí
nghiêm và áp dụng vào thực tiễn thành công một công nghệ nhiệt luyện mới:

Công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma. Trong nhiều năm qua công nghệ thấm
này được ứng dụng rộng rãi trên thế giới đáp ứng được đòi hỏi ngày càng cao
của các chi tiết máy: giới hạn bền mỏi tăng, biến dạng giảm, sức bền, sức cản
được cải thiện, độ cứng bề mặt cao mà lõi dẻo dai, bề mặt ít gồ ghề…Việc áp
dụng cơng nghệ thấm Ni-tơ xung plasma mang lại hiệu quả kinh tế rất lớn
nhờ tăng tuổi thọ của các chi tiết, máy móc. Hơn nữa đây là cơng nghệ nhiệt
luyện mới khơng làm ô nhiễm môi trường.
Nhưng hiện nay công nghệ thấm Ni-tơ xung plasma cịn là hồn tồn
mới mẻ với Việt Nam, nó chưa được nghiên cứu và ứng dụng rộng rãi. Vì
vậy, nhiệm vụ của đề tài: “Nghiên cứu ứng dụng công nghệ thấm ni-tơ xung
plasma ở nhiệt độ thấp (570-6000C) trong chế tạo dụng cụ cắt gọt và chi tit
mỏy.

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

4


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

CHNG 1. TỔNG QUAN
1.1. Mục tiêu, nhiệm vụ nghiên cứu Đề tài
1.1.1. Mục tiêu của Đề tài
- Thiết lập được QTCN điển hình cho các loại thép Cr-Mo, Cr-Mn-Si,
thép dụng cụ.
- Ứng dụng cho một số chủng loại dụng cụ cắt gọt kim loại.
- Ứng dụng cho một số loại chi tiết máy như nhơng xích, cổ trục, …
1.1.2. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu bản chất công nghệ thấm ni-tơ xung plasma.
- Làm chủ thiết bị và thiết lập các QTCN mẫu cho một số loại thép hợp

kim.
1.2. Tầm quan trọng của cơng nghệ nhiệt luyện và hóa nhiệt luyện
Nhiệt luyện kim loại và hợp kim là quá trình xử lý nhiệt làm thay đổi tổ
chức và do đó làm thay đổi tính chất của chúng. Q trình nhiệt luyện kim
loại được nung nóng đến nhiệt độ xác định, giữ nhiệt trong một thời gian
thích hợp rồi sau đó làm nguội với tốc độ (thời gian) quy định để làm thay đổi
tổ chức, do đó làm biến đổi tính chất theo hướng đã chọn trước. Nhiệt luyện
có thể làm mềm kim loại để tăng cường khả năng tạo hình. Nó cũng có thể
làm các chi tiết trở nên cứng hơn, để cải thiện độ bền. Cơng nghệ này cịn có
khả năng phủ những bề mặt rất cứng lên trên nền mềm, để tăng khả năng
chống mài mịn. Nó cịn có thể tạo ra lớp chống ăn mòn trên bề mặt chi tiết,
để bảo vệ chi tiết khỏi các tác nhân có hại từ mơi trường. Và, nhiệt luyện cịn
có thể làm cho các vật liệu giòn trở nên dẻo dai hơn.
Hoá nhiệt luyện là một trong các phương pháp hoá bền bề mặt được sử
dụng khá phổ biến, ngoài việc làm thay đổi cấu trúc bên trong còn làm thay
đổi thành phần hố học của lớp bề mặt. Đó là q trình làm bão hồ lên bề
mặt thép một hay nhiều nguyên tố (N2, C, xianua, Al, Si…) để làm thay đổi
thành phần hố học. Do đó, làm thay đổi tổ chức và tính chất của lớp bề mặt
theo mục đích nhất định mà vẫn bảo tồn đước các tính chất ở lõi của vật liệu.
Vì vậy, hố nhiệt luyện là một trong những phương pháp tăng bền có hiệu quả
và ứng dụng rộng rãi cho nhiều loại chi tiết máy quan trọng.
1.3. Công nghệ nhiệt luyện
1.3.1. Các thông số liờn quan trong quỏ trỡnh nhit luyn
Lục Vân Thơng PTN Hµn & XLBM

5


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Tt cả các thông số như: nhiệt độ nung (oC), thời gian giữ nhiệt (ủ), tốc
độ làm nguội phụ thuộc hoàn toàn vào vật liệu chi tiết được nhiệt luyện với
các mục đích đặt ra khác nhau, khơng thể áp dụng cùng một cơng nghệ nhiệt
luyện.
- Nhiệt độ nung nóng: là nhiệt độ cao nhất phải đạt đến khi nung.
- Thời gian giữ nhiệt: là thời gian cần thiết duy trì kim loại ở nhiệt độ
nung.
- Tốc độ làm nguội: là độ giảm của nhiệt độ theo thời gian sau thời gian
giữ nhiệt (oC/s).
Ngồi ra người ta cũng cịn quy định tốc độ nung nóng đối với một số
trường hợp khơng lớn hơn giá trị cho phép để tránh nứt khi nung.
Nhiệt độ
(oC)

Tn
Tgn

Thời gian

Hình 1.1. Sơ đồ quá trình nhiệt luyện đơn giản
1.3.2. Phân loại các dạng nhiệt luyện
- Nhiệt luyện thơng dụng:
+ Ủ: ủ hồn tồn, ủ khơng hồn tồn, ủ cầu hoá xementit, ủ đẳng
nhiệt, ủ thấp, ủ khuếch tán, ủ kết tinh lại …
+ Thường hố
+ Tơi: tơi trong 1 môi trường, tôi trong 2 môi trường, tôi phân cấp,
tôi đẳng nhiệt, tôi bộ phận, tôi tự ram, tơi bề mặt…
+ Ram: ram thấp, ram trung bình, ram cao
- Cơ nhiệt luyện
- Hoá nhiệt luyện: thấm cacbon, thấm nitơ, thấm bo, thấm S, thấm Si...

Nhiệt luyện cải thiện rất nhiều cơ tính của thép, song nếu thực hiện
khơng đúng sẽ gây ra các dạng hư hỏng khác nhau. Cỏc dng h hng khi
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

6


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

nhit luyện sẽ gây ra lãng phí rất lớn. Vì vậy, cần hiểu rõ các nguyên nhân
gây ra các hư hỏng đó, cũng như các biện pháp phịng ngừa. [3]
1.4. Cơng nghệ hoá nhiệt luyện
1.4.1. Cơ sở của hoá nhiệt luyện
1.4.1.1. Những q trình xảy ra khi hố nhiệt luyện
Khi thực hiện q trình hố nhiệt luyện người ta đặt chi tiết vào trong
mơi trường rắn, lỏng hoặc khí có khả năng phân hoá ra nguyên tử hoạt của
nguyên tố định khuếch tán rồi nung nóng chúng đến nhiệt độ thích hợp sau đó
giữ nhiệt độ này trong thời gian đủ để khuếch tán các nguyên tố cần thấm vào
chi tiết. Các quá trình thấm xảy ra theo ba giai đoạn nối tiếp nhau như sau:
phân huỷ, hấp thụ và khuếch tán.
- Phân huỷ (PH): Là quá trình tạo ra nguyên tử có hoạt tính cao của
ngun tố khuếch tán. Q trình này xảy ra trong mơi trường hố nhiệt luyện
và các ngun tử hoạt tính được tạo thành có khả năng khuếch tán vào bề mặt
kim loại.
Khi thấm các bon, quá trình phân huỷ xảy ra như sau:
C + CO2 → 2CO → CO2 + Cht
Khi thấm nitơ:

2NH3 → 3H2 + 2Nht

Những nguyên tử các bon hoặc nitơ hoạt tính sẽ hấp thụ vào bề mặt chi
tiết.
- Hấp thụ (HT): Sau khi phân huỷ, các nguyên tử hoạt được hấp thụ vào
bề mặt thép. Kết quả của sự hấp thụ là tạo nên ở bề mặt thép lớp có nồng độ
nguyên tố định khuếch tán vào cao và tạo nên sự chênh lệch về nồng độ giữa
bề mặt và lõi.
- Khuếch tán (KT): Các nguyên tử hoạt hấp thụ vào lớp bề mặt thép với
nồng độ cao sẽ được khuếch tán vào kim loại tạo nên dung dịch rắn hoặc các
pha phức tạp, pha trung gian hoặc các hợp chất hoá học tạo thành lớp thấm
với chiều sâu nhất định. Nhờ khuếch tán lớp thấm được hình thành và nó là cơ
sở của hoá nhiệt luyện. Chiều dày lớp khuếch tán phụ thuộc vào nhiệt độ, thời
gian và nồng độ chất khuếch tán ở lớp bề mặt.
Ngoài những yếu tố nêu trên, khuếch tán còn phụ thuộc vào pha tạo
thành. Khi thấm cácbon, nitơ do tạo thành dung dịch rắn xen kẽ nên khuếch
tán xảy ra nhanh hơn khi thấm kim loại do tạo thành dung dịch rắn thay thế.

Lôc Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

7


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Ba giai đoạn PH, HT, KT có liên quan rất mật thiết với nhau và có ảnh
hưởng đến q trình hố nhiệt luyện. Nếu quá trình PH xảy ra nhanh hơn HT
thì những ngun tử hoạt tạo thành khơng hấp thụ kịp sẽ trở nên khơng hoạt
tính nữa, lúc này nó cản trở sự hấp thụ tiếp theo vì thế ảnh hưởng tới tốc độ
của quá trình. Ngược lại khi các ngun tử hoạt tạo thành khơng đủ để hấp
thụ thì thời gian hoá nhiệt luyện phải kéo dài.
Trường hợp tốt nhất là tốc độ phân huỷ bằng tốc độ hấp thụ.

Trong thực tế thường gặp hiện tượng trên bề mặt chi tiết sau khi thấm
cacbon có muội bồ hóng. Điều đó chứng tỏ các nguyên tử cacbon hoạt tạo
thành trong giai đoạn phân huỷ không hấp thụ kịp.
Tương quan giữa HT và KT có ảnh hưởng rất lớn đến việc tạo thành lớp
khuếch tán. Khi hấp thụ xảy ra nhanh hơn khuếch tán, các nguyên tử hấp thụ
vào bề mặt không kịp khuếch tán vào trong nên nồng độ chất khuếch tán ở lớp
bề mặt rất cao nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại nhỏ (hình 1.2 “1”). Ngược
lại, trong trường hợp khuếch tán nhanh hơn hấp thụ thì nồng độ chất khuếch
tán ở lớp bề mặt thấp nhưng chiều sâu lớp khuếch tán lại lớn (hình 1.2 “2”).
[1]
Nồng độ %

1 (KT) < (HT)
2 (KT) > (HT)

Khoảng cách từ bề mặt

Hình 1.2. Ảnh hưởng của khuếch tán đến nồng độ
và chiều sâu lớp thấm
1.4.1.2. Các cơ chế khuếch tán
Trong cơ chế nút trống, các nguyên tử khuếch tán ở bên cạnh nhảy sang
chiếm chỗ những nút trống. Năng lượng hoạt của quá trình đổi chỗ như vậy
rất nhỏ nên rất dễ xảy ra.
- Trong cơ chế giữa các nút mạng, nguyên tử ở vị trí xen giữa các nút
mạng này chuyển sang vị trí xen giữa các nút mạng khác. C ch ny thng
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

8

Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

thy trong dung dịch rắn xen kẽ khi thấm cacbon, nitơ (là ngun tử có đường
kính nhỏ) vào thép.
- Cơ chế giữa các nút mạng bằng cách đẩy, xảy ra khi ngun tử khuếch
tán có đường kính xấp xỉ đường kính nguyên tử kim loại cơ sở. Nguyên tử
khuếch tán đẩy nguyên tử cạnh nó ra và chiếm lấy nút mạng, làm nguyên tử
này dịch chuyển giữa các nút mạng.
- Trong cơ chế thay thế, nguyên tử khuếch tán và nguyên tử kim loại cơ
sở đổi vị trí cho nhau khi chúng đứng cạnh nhau.
- Trong cơ chế chuyển vòng, nguyên tử khuếch tán và các nguyên tử kim
loại cơ sở đổi chỗ nối đi nhau theo vịng trịn.

Hình 1.3. Sơ đồ biểu thị các cơ chế khuếch tán
Trong đó:
1 - Nút trống

4 - Đổi chỗ

2 - Giữa các nút mạng

5 - Vòng (vòng đen biểu thị nguyên
tử khuếch tán, vòng trắng biểu thị
nguyên tử kim loại cơ sở)

3 - Giữa các nút mạng bằng
cách đẩy

1.4.2. Đặc điểm và mục đích của hố nhiệt luyện
Có nhiều phương pháp hố nhiệt luyện. Dựa vào đặc tính thay đổi thành

phần hố học, các dạng hố nhiệt luyện có thể chia thành ba nhóm:
- Làm bão hoà bằng các á kim.
- Làm bão hoà bằng các kim loại.
- Tách các nguyên tố ra khỏi kim loi bng khuch tỏn.
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

9


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

1.4.2.1. Đặc điểm
- Có thể áp dụng cho tất cả các chi tiết, kể cả những chi tiết có hình dáng
phức tạp khi khơng dùng được các phương pháp hố bền bề mặt khác.
- Tính chất của lớp bề mặt và trong lõi chi tiết rất khác nhau, do thành
phần hoá học của chúng cũng khác nhau sau khi thấm.
1.4.2.2. Mục đích của hố nhiệt luyện
- Tăng độ cứng, độ bền, tính chống mài mịn và độ bền mỏi của chi tiết
nhưng hiệu quả đạt được cao hơn so với tôi bề mặt. Mục đích này đạt được
bằng các phương pháp thấm C, thấm N2, thấm xianua, thấm B…
- Nâng cao tính chống ăn mịn điện hố và hố học, chống oxy hố ở
nhiệt độ cao, tăng khả năng chịu axít của lớp bề mặt chi tiết. Để đạt được các
mục đích này người ta dùng các phương pháp thấm nhơm, thấm silic, .. [1]
1.5. Q trình phát triển cơng nghệ thấm ni-tơ xung plasma trên thế giới
1.5.1. Sự hình thành cơng nghệ ở các nước cơng nghiệp phát triển
Quy trình Nitriding, phát triển lần đầu tiên vào năm 1900, liên tục đóng
vai trị quan trọng trong nhiều ngành cơng nghiệp ứng dụng. Cùng với chất
dẫn xuất nitrocarburizing trong quy trình, nitriding thường được sử dụng
trong sản xuất chế tạo cơ cấu chi tiết máy và các hệ thống phát điện turbine.
Trong những năm đầu của thế kỷ 20, Adoloph Machlet làm việc cho một

cơng ty khí đốt ở Mỹ ở Elizabeth, NJ. Anh đã được công nhận là nhà công
nghệ xử lý độ cứng bề mặt. Qua một thời gian thử nghiệm, Machlet đã khám
phá ra là Ni-tơ hòa tan trong sắt. Ni-tơ khuếch tán tạo ra độ cứng bề mặt
tương đối trong các loại thép thường hoặc thép hợp kim thấp và đặc biệt nó
cải thiện được khả năng chống ăn mịn.
Ở Châu Âu, Adolph Fly, có một chương trình nghiên cứu tương tự diễn
ra tại Krupp ở Essen trong năm 1906. Giống như Machlet, Fly thừa nhận ni-tơ
có thể hòa tan trong sắt ở nhiệt độ cao. Chương trình nghiên cứu ơng đó là
nghiên cứu ảnh hưởng luyện kim tới nguyên tố phi kim mạnh và kết quả là
hiệu suất. Sáng chế đầu tiên của Fly được ứng dụng vào năm 1921.
Ơng sử dụng cơng nghệ tương tự của Machlet, nguồn gốc ni-tơ có thể
phá vỡ bằng nhiệt từ đó giải phóng ni-tơ cho phản ứng và khuếch tán. Cũng
giống như Machlet, Fly sử dụng NH3 là nguồn khí, nhưng ơng khơng sử dụng
H2 … Như vậy có sự phát triển quy trình nitriding khí ở trạng thái đơn giản.
Fly nghiên cứu sâu vào tác động của các yếu tố hợp kim đến độ cứng bề
mặt. Phát minh của ơng đó là trong quy trình nitriding để đạt c cng b
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

10


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

mt cao chỉ có thép chứa các thành phần như: Cr, Mo, Al, V, và vonfram.
Ngồi ra ơng cịn nhận ra rằng nhiệt độ trong quy trình quyết định đến độ sâu
(ngấu) và sự nhiệt luyện của bề mặt thép. Quá trình gia cơng bề mặt thép ở
nhiệt độ cao gây ảnh hưởng tới hình dạng của thép đó là “mạng nitride” được
biết ngày nay.
Ở Mỹ, sau bài tham luận của Fry tại cuộc hội thảo Hội các nhà thiết kế
chế tạo (SME) năm 1927, Các nhà luyện kim Mỹ băt đầu tìm hiểu về các

tham số trong quá trình nitriding và các hiệu ứng của hợp kim trong quá trình
nitriding của các loại thép.
Ở Đức, công nghệ thấm nitơ - plasma được bắt đầu bởi nhà vật lý học
người Đức, Dr Wehnheldt năm 1932. Sau đó Wehnheldt cùng nhà vật lý học
người Thụy Sĩ và nhà buôn người Đức, họ cùng nhau nghiên cứu công nghệ
thấm nitơ ion và sau đó thành lập cơng ty Klocker Ionen GmbH, chế tạo thiết
bị thấm nitơ ion. Đến năm 1970, công nghệ thấm nitơ - plasma được ứng
dụng rộng rãi trong công nghiệp, đặc biệt là ở Châu Âu. Những ưu điểm của
nó dần được chứng minh trong thực tế.
1.5.2. Các chủng loại thiết bị cơ bản trên thế giới
1.5.2.1. Lị hình chng
- Có khả năng chứa tải trọng cho chi tiết lớn hay nhỏ.
- Sự trộn lẫn tốt.
- Dễ dàng mang chi tiết vào lị. [13]

Hình 1.4. Lị hình chng
1.5.2.2. Lị 2 đáy
- Về đặc trưng vẫn giống như lị chng
- Trong khi xử lý ở đáy này thì chi tiết cho ra ở đáy kia
- Có hệ thống tự động nâng lị lên trong 24h điều khiển
- Lị 2 đáy có kớch thc ln. [13]
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

11


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Hỡnh 1.5. Lị 2 đáy
1.5.2.3. Lị có 2 vật chứa

- Có khả năng làm việc liên tục
- Ưu điểm là thùng chứa có khả năng mang tải lớn và chứa được chi
tiết dài. [13]

Hình 1.6. Lị có 2 vật chứa
1.5.2.4. Lị thấm của hãng Aldridge
- Kích thước làm việc của lị là: đường kính 1000 mm, chiều cao
1600 mm. Khơng làm ô nhiễm môi trường.
- Có 2 buồng làm việc làm tăng năng suất, bù được thời gian thấm
dài. [13]

Hình 1.7. Lũ thm ca hóng Aldridge
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

12


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

1.5.3. Vật liệu chi tiết máy và các tính chất sau khi thấm ni-tơ
1.5.3.1. Một số loại thép dùng để thấm nitơ
a. Các chi tiết thép cacbon
Thép cacbon được thấm nitơ để tăng khả năng chống ăn mịn trong mơi
trường khơng khí như ốc, vít, bánh răng cỡ nhỏ. Q trình này có thể thay thế
mạ kẽm, mạ niken hoặc mạ đồng. Để giảm độ giòn của chi tiết trước khi thấm
cần thường hố hoặc tơi cải thiện. Với lớp thấm 0,015 – 0,030 mm lớp nitrít
có khả năng chống được ăn mịn khơng khí ẩm, trong nước chảy, dầu bẩn,
xăng, hơi nóng, dung dịch kiềm lỗng và các mơi trường khác.
Thấm nitơ thép cacbon làm tăng độ cứng, giới hạn bền và giới hạn chảy,
tăng khả năng bền mỏi lên 1,5 – 2 lần.

Độ cứng của thép cacbon thấm nitơ khơng lớn, vì thế khi thấm nitơ để
đạt độ cứng và tính chống mài mịn cao người ta khơng dùng thép cabon
thơng thường vì các nitrít sắt có khuynh hướng kết tụ ở nhiệt độ cao, do vậy
có kích thước lớn, lớp thấm khơng có độ cứng và tính chống mài mịn cao và
trở nên giịn, dễ tróc.
b. Các chi tiết thép hợp kim
Để thấm nitơ thường dùng thép hợp kim đặc biệt với các nguyên tố như
Cr, Mo, Al chúng có ái lực với nitơ mạnh hơn sắt và các nitrít này khơng
những có độ cứng cao như nitrit sắt mà cịn có tính phân tán lớn, ổn định nhiệt
độ cao. Do đó lớp thấm có độ cứng và tính chống mài mịn rất cao, chắc,
khơng tróc. Khi thấm nitơ cho thép hợp kim sẽ tạo thành những nitrit hợp kim
nhỏ mịn (Cr2N, Mo2N, AlN…) nên làm tăng độ cứng và tính chống ăn mịn.
Các loại thép hợp kim thường dùng để thấm nitơ là: 38CrMoAlA,
38CrMoA, 38CrWVAl, 38Crl, 35CrAlA, 38XWVAlA.
Ngồi ra cịn có các loại khác như: 30CrN, 2WVA, 30Cr2NiWVA,
30Cr3WA, 18Cr2Ni4WA. Thấm nitơ các loại thép không gỉ như 1Cr13,
1Cr18Ni9Ti, 4Cr14Ni2W2, 20Cr3MOWV. Do sự có mặt đồng thời của các
nguyên tố hợp kim như crôm, nhôm, môlipđen nên độ cứng của lớp thấm có
thể đạt tới 1200 HV hoặc cao hơn.[1, 3, 4,..]
Thấm nitơ với mục đích tăng tính chống ăn mịn trong khí quyển, trong
hơi nước và trong nước; có thể dùng cho tất cả các loại thép kể cả thép
cácbon, gang.
c. Các loại vật liệu sử dụng trong chế tạo sản phẩm ứng dụng công nghệ
thấm ni-tơ xung plasma.
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

13


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Bng 1.1. Một số loại vật liệu sử dụng trong chế tạo chi tiết máy ứng
dụng công nghệ thấm ni-tơ plasma
Các bộ phận cơ khí
Các loại bánh răng

Vật liệu
16MnCr5 · 42CrMo4

Các trục truyền động

16MnCr5 · 50CrV4 · 42CrMo4

Trục răng dẫn hướng

31CrAlNi7 · X10CrNiS18-9 · X90CrCoMoV17

Các bệ máy bằng gang xám
Các bộ phận chuyển động
Trục vít – bánh vít
Các loại vít máy đúc ép

GG 25 · GGG 40 · GGG 60
31CrMoV9 · 16MnCr5 · 42CrMo4
ETG100 · 42CrMo4 · 31CrMo4-9 · 25CrMo4
31CrMoV9 · 34CrAlNi7 · X35CrMo17

Các trục quay

31CrMoV9 · 30CrMoV9 · 42CrMo4

Địa cam

GGG 70 · 31CrMoV9 · 34CrAlNi7

Xi lanh thủy lực
Chế tạo dụng cụ khn đúc
Khn tạo hình

16MnCr5 · 42CrMo4 · ETG100
Vật liệu
GG 25 CrMo · GGG 60 · GGG 70L · GGGJ

Khuôn ép

X45NiCrMo4

Mũi khoan

X100CrMoV5-1, X155CrVMo12-1

Bàn ren

X100CrMoV5-1, X155CrVMo12-1

Khuôn đúc
Trục răng dẫn hướng
Khuôn đúc nhơm
Cơng nghiệp tự động hóa

14CrMnMo7
16MnCr5 · 30CrMoV9
X38CrMoV5-1, X38CrMoV5-3, 40CrMnMo7,
40CrMnMoS8-6
Vật liệu

Tay quay

GG 25, 42CrMo4, C45

Trục cam

C15 · C53G · 42CrMo4

Bộ phận h thng gim xúc
Khp ni bn l
Lục Vân Thơng PTN Hµn & XLBM

C45 · 16MnCr5
31CrMo12
14


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

1.5.3.2. Đối tượng được thấm nitơ – plasma
Các chi tiết, dụng cụ của tất cả các ngành đều là đối tượng được thấm
nitơ – plasma [12]:
- Các bánh răng trong các máy móc xây dựng, cơng nghiệp tự động địi
hỏi độ bền mỏi tăng, sự biến dạng giảm, cần thiết phải mài sau nhiệt luyện để

đạt kích thước đúng.
- Các chi tiết của động cơ đốt trong: trục khuỷu, trục cam, pinhơnh,
thanh dẫn, bánh răng… cần tăng tính chất chống mài mịn, sức bền mỏi được
cải thiện.
- Khn ép, máy ép khi đúc kim loại, hợp kim đòi hỏi tăng khả năng
chống ăn mòn, mài mòn.
- Dụng cụ cắt yêu cầu có khả năng chống mài mịn cao, độ cứng lớn.
Nhìn chung sự ứng dụng công nghệ thấm nitơ - plasma là rất rộng rãi.
Từ gang, thép cácbon, đến các loại thép hợp kim. Công nghệ này đã được
nghiên cứu, ứng dụng rộng rãi ở các nước phát triển như Đức, Nga, Trung
Quốc, Nhật Bản, Hàn Quốc, Mỹ…
Một số hình về đối tượng được thấm ni-tơ plasma:

Hình 1.8. Trục khuỷu

Hình 1.9. Trc vớt
Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

Hỡnh 1.10. Bánh răng
15


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Hỡnh 1.11. Lưỡi cưa

Hình 1.13. Khn dập

Hình 1.15. Khn đúc nhơm

Hình 1.17. Khuụn ỳc np moay nha
Lục Vân Thơng PTN Hµn & XLBM

Hình 1.12. Mũi khoa

Hình 1.14. Bánh răng điều chỉnh

Hình 1.163. Ống truyền động

Hình 1.18. Bánh răng
16


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

1.5.3.3. Kết quả sau khi thấm
Chi tiết sau khi thấm nitơ - plasma có lớp phủ ngồi cứng, Độ cứng trên
bề mặt chi tiết giảm dần theo chiều sâu đến lõi.

Hình 1.19. Sự thay đổi độ cứng của các thép hợp kim theo
chiều sâu lớp thấm.
Gang
Thép dụng cụ làm việc trong điều kiện nhiệt độ thấp
Thép không gỉ 17% Cr
Thép đã xử lý nhiệt
Gang xám
Thép dụng cụ làm việc trong điều kiện nhiệt độ cao
Thép cacbon
Từ đồ thị cho thấy với những thép khác nhau thì độ cứng thay đổi theo
chiều sâu lớp thấm là khác nhau. Thép hợp kim thấp đồ thị thoải hơn, thép

hợp kim cao đồ thị dốc hơn. Các nguyên tố tạo nitrit (các nguyên tố hợp kim)
là các yếu tố chính ảnh hưởng đến độ cứng và chiều sâu lớp thấm của các thép
hợp kim.
Thép hợp kim thấp có chiều sâu lớp thấm lớn hơn nhưng độ cứng tổng
cộng thấp hơn thép hợp kim cao. Có sự chuyển tiếp từ từ giữa lớp được nitrit
và lõi vật liệu. Đây là tính chất tốt cho những chi tiết chịu tải trọng lớn, va
chạm mạnh.
Thép hợp kim không gỉ với thành phần hợp kim cao, miền chuyển tiếp
từ lớp thấm đến lõi vật liệu là đột ngột.

Lơc V©n Thơng PTN Hàn & XLBM

17


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Hỡnh 1.20. Tổ chức tế vi của thép không gỉ
sau khi thấm nitơ - plasma
Bảng 1.2. Kết quả thấm Nitơ - plasma cho một số mác thép [12, 15]
Mác thép

(HV2)

Chiều sâu lớp thấm
(mm)

St37

150 – 350

0,3 – 0,8

C45

350 – 550

0,3 – 0,8

GG25

350 – 500

0,1 – 0,2

GGG60

450 – 650

0,1 – 0,3

16MnCr5

550 – 750

0,3 – 0,7

42CrMo4

550 – 750

0,2 – 0,6

34CrAlNi7

900 – 1000

0,2 – 0,6

X40CrMoV5.1

900 – 1200

0,1 – 0,3

X155CrVMo12.2

900 – 1250

0,1 – 0,2

S 6-5-2

1000 – 1250

0,003 – 0,1

X2NiCoMoTi18.12.4

850 – 1150

0,05 – 0,1

X20Cr13

900 – 1100

0,1 – 0,25

X10CrNiMoTi18.10

950 1250

0,05 0,1

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

Độ cứng

18


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

1.6. Q trình phát triển cơng nghệ thấm ni-tơ plasma ở việt nam
Hiện nay, ở Việt Nam tại Phịng thí nghiệm trọng điểm Công nghệ Hàn
và Xử lý bề mặt - Viện Nghiên cứu Cơ – Bộ công nghiệp đã được đầu tư một
thiết bị về thấm ni-tơ xung plasma do Đức sản xuất. Sử dụng công nghệ thấm
ni-tơ xung plasma hay còn gọi là thấm ni-tơ thể ion.
Đối với mỗi loại vật liệu khác nhau việc nghiên cứu và thiết lập một quy

trình cơng nghệ thấm phù hợp đảm bảo chất lượng lớp thấm và khả năng làm
việc là hết sức cần thiết.
Trong nhiệm vụ phát triển kinh tế – xã hội, việc nâng cao hiệu quả chất
lượng chi tiết cơ khí là một trong những nhiệm vụ quan trọng. Chất lượng và
tuổi thọ của máy móc, thiết bị thì phụ thuộc rất lớn vào chất lượng chi tiết cơ
khí. Việc áp dụng cơng nghệ thấm ni-tơ xung plasma góp phần đáng kể vào
mục tiêu nâng cao chất lượng sản phẩm của ngành cơ khí nói riêng và ngành
cơng nghiệp nói chung.
Với việc đưa phương pháp thấm ni-tơ xung plasma vào thay thế một số
phương pháp thấm tôi khác sẽ góp phần làm tăng chất lượng và tuổi thọ chi
tiết, giảm ô nhiễm môi trường phục vụ hiệu quả cho cỏc ngnh cụng nghip.

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

19


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

CHNG 2. NGHIÊN CỨU LÝ THUYẾT
2.1. Giới thiệu chung
Thấm nitơ là một q trình hố nhiệt luyện nhằm bão hồ bề mặt chi
tiết bằng nitơ ở một chiều sâu nhất định. Thấm nitơ là nguyên công cuối cùng
và được ứng dụng vào việc nâng cao độ chống mài mòn và giới hạn mỏi của
chi tiết.
Độ cứng của lớp thấm nitơ thường cao hơn độ cứng của lớp thấm cacbon
và có thể giữ đến nhiệt độ 600 ÷ 650oC, trong khi đó độ cứng cao của lớp
thấm cacbon chỉ giữ được đến 200 ÷ 225oC.
Thấm nitơ dùng cho các bánh răng, xylanh của động cơ lớn, khuôn dập
cũng như các dụng cụ cắt gọt…

Phân loại
- Theo điều kiện nung nóng và giữ nhiệt có:
+ Thấm nitơ đẳng nhiệt: q trình thấm chỉ giữ ở một nhiệt độ
thích hợp nhất nhằm đạt được kết quả tốt (độ cứng cao và khơng có pha
ε giịn)
+ Thấm nitơ nhiều cấp: q trình thấm tiến hành ở nhiều nhiệt độ.
Thấm nitơ nhiều cấp có tác dụng nâng cao hiệu quả của quá trình thấm
(tăng chiều sâu lớp thấm, giảm thời gian thấm)
- Theo điều kiện tác dụng của mơi trường bên ngồi:
+ Thấm nitơ thể khí
+ Thấm nitơ thể lỏng
+ Thấm nitơ ion
2.2. Thấm ni-tơ thể khí thơng thường
Q trình thấm ni-tơ ở thể khí được tiến hành bằng cách nung nóng chi
tiết trong dịng khí amoniắc (NH3) ở nhiệt độ 480 ÷ 650oC là nhiệt độ tại đó
nó bị phân huỷ mạnh nhất. Bề mặt chi tiết được bão hoà bằng nitơ nguyên tử
tách ra từ amôniăc theo phản ứng:
2NH3 → 3H2 + 2N
Nitơ nguyên tử có hoạt tính cao bị hấp thụ và khuếch tỏn vo b mt
thộp.

Lục Vân Thơng PTN Hàn & XLBM

20


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

Lng nitơ hoạt tính hấp thụ trên bề mặt kim loại phụ thuộc vào độ phân
giải NH3. Độ phân giải NH3 phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất và lượng NH3

đưa vào lị.
Nitơ ngun tử có thể chuyển thành dạng phân tử: 2N → N2. Do đó,
thấm nitơ xảy ra mạnh khi quá trình phân giải NH3 xảy ra gần bề mặt chi tiết.
Độ phân giải amôniắc phụ thuộc vào nhiệt độ, áp suất, tốc độ cấp NH3, diện
tích bề mặt chi tiết và nồi thấm bởi vì bản thân thép cũng là vật xúc tác làm
tăng nhanh phản ứng. Độ phân giải thấp, khả năng hấp thụ nitơ lên bề mặt chi
tiết giảm vì khơng đủ số nitơ ngun tử hoạt tính. Song nếu độ phân giải NH3
cao sẽ có nhiều nguyên tử nitơ hấp thụ bề mặt và ngăn cản sự hấp thụ nitơ. Vì
vậy, người ta phải khống chế tối ưu độ phân giải NH3 ở 500oC là 15 ÷ 30%; ở
550oC là 35 ÷ 45%; ở 600oC là 45 ÷ 60%. Hyđrơ có tác dụng làm thốt
cacbon của chi tiết.[1], [3], ..
2.3. Thấm nitơ thể lỏng
2.3.1. Thấm nitơ thể lỏng thông thường
Thấm nitơ ở trạng thái lỏng tiến hành trong bể muối có thành phần 40%
KCNO + 60% NaCN, qua bể muối cho luồng khơng khí khơ đi qua. Nhiệt độ
thấm là 570oC, thời gian thấm 0,5 – 3 giờ. Sau khi thấm trên bề mặt tạo thành
một lớp mỏng cacbit – nitrit Fe3(N,C) có khả năng chống mài mịn cao và
khơng bị phá huỷ giịn. Tiếp theo lớp cacbit – nitrit là lớp dung dịch
rắn α. Chiều sâu lớp thấm khoảng 0,15 – 0,5 mm.
Ưu điểm của phương pháp này là ít thay đổi kích thước, chi tiết không bị
cong vênh.
Nhược điểm là dùng muối độc và giá muối xianua quá đắt.[1]
2.3.2. Thấm nitơ thể lỏng nitarid
Nitarid là công nghệ xử lý bề mặt trên cơ sở hố nhiệt luyện ở nhiệt độ
thấp, nhằm bão hồ bề mặt sắt thép bằng nguyên tố nitơ trong môi trường
nóng chảy. Phát triển cơng nghệ này là một bước ngoặt mới trong ngành cơng
nghiệp cơ khí, cụ thể là: chế tạo các trục khuỷu, bánh răng hộp số, cần gạt,
trục cam, xi lanh, nắp van, con trượt, thanh dẫn khớp nối, khn dập nóng,
dụng cụ cắt.
Trước đây, người ta thường xử lý bề mặt trên cơ sở hoá luyện kim bằng

công nghệ thấm cacbon, thấm nitơ cũ. Công nghệ thấm nitơ cũ tiến hành
trong bể muối nóng chảy có chứa 40% muối xianua. Muối xianua có tính độc
tố cao làm ảnh hưởng đến vệ sinh môi trường, do nước thi v ph thi ca b
Lục Vân Thơng PTN Hµn & XLBM

21


Báo cáo tổng kết Đề tài cấp Bộ - 2007

thm có chứa xianua. Vì vậy những năm gần đây, theo xu hướng mới của thế
giới, đặc biệt là những nước có nền cơng nghiệp phát triển, trung tâm Khoa
học cơng nghệ Cơ học máy thuỷ lợi - Trường Đại học Thuỷ lợi đã nghiên cứu
và ứng dụng thành công công nghệ thấm nitơ mới, một cơng nghệ hồn tồn
khơng phế thải, không ảnh hưởng xấu đến môi trường. Sở dĩ công nghệ
nitarid đảm bảo được vệ sinh môi trường là nhờ việc sử dụng các hỗn hợp
thấm nitơ không chứa muối xianua và đưa vào sử dụng chất tái sinh có khả
năng phục hồi hoạt tính của bể thấm.
Cơng nghệ này được tiến hành trong bể muối nóng chảy, gồm các muối
chuyên dùng như: kali cacbonat, natri cacbonat, có 30 - 40% muối xianat và
bổ sung chất tái sinh để phục hồi lượng MeCNO ban đầu, phục hồi khả năng
làm việc của bể thấm. Để phục hồi 1% lượng (CNO+) đã giảm, chỉ cần thêm
lượng chất tái sinh bằng 0,6% khối lượng muối nóng chảy trong bể thấm.
Trong đó, việc oxy hố trong bể muối nóng chảy ở nhiệt độ 300 – 400oC làm
tăng khả năng chống mài mòn, và ăn mòn của lớp thấm nitơ.
Đặc biệt, thiết bị sử dụng khi thấm rất đơn giản, quá trình thấm được tiến
hành trong nồi titan đúc chứa hỗn hợp muối nóng chảy. Trong nồi được đặt
thêm giỏ thép có kết cấu thích hợp, thuận tiện cho việc đưa sản phẩm vào và
lấy ra. Thiết bị đảm bảo độ tin cậy cao, giá thành rẻ, dễ sử dụng, thích hợp với
qui mơ sản xuất vừa và nhỏ ở nước ta hiện nay và có khả năng nâng cấp tự

động hố cao trong quá trình sản xuất, tương đương với các nước phát triển.
Công nghệ thấm nitơ thể lỏng nitarid làm cho các sản phẩm từ sắt, thép
có khả năng chịu mài mịn và chịu mỏi cao, chống ăn mịn rất tốt. Cơng nghệ
được tiến hành ở nhiệt độ thấp (dưới 600oC), nên sản phẩm có độ biến dạng
thấp, thành phần bể thấm đảm bảo tính ổn định hố nhiệt và có độ chảy lỗng,
khả năng tạo nitơ hoạt tính cao. Mặt khác, công nghệ xử lý bề mặt sau khi
thấm rất đa dạng, cải thiện được các tính chất của lớp thấm. Cơng nghệ đơn
giản, đảm bảo được tính ưu việt của bề mặt sản phẩm làm cho nitarid có khả
năng ứng dụng rộng rãi trong công nghiệp.[14]
2.4. Thấm ni-tơ ion plasma
Thấm ni-tơ plasma hay thấm ni-tơ ion là công nghệ nhiệt luyện tiên tiến
nhất. Quá trình thấm được thực hiện trong lị chân khơng ở áp suất thấp với
hỗn hợp các khí H2, N2, CH4 và Ar. Dưới điện thế cao các khí bị ion hố tạo
dịng plasma. Ion ni-tơ được gia tốc trong quá trình plasma và va chạm với
mẫu vật. Q trình bắn phá ion này làm nung nóng, làm sạch và tạo một lớp
cứng chống mài mòn tốt, tăng giới hạn bền mỏi.[13, 12, 11, 10, …]
Lơc V©n Thơng PTN Hàn & XLBM

22