La nitruración es un proceso de tratamiento térmico que difunde nitrógeno dentro del acero, lo que aumenta la dureza de la superficie, la resistencia al desgaste (tanto abrasivo como adhesivo), la resistencia a la corrosión y mejora la vida útil por fatiga de las herramientas y las piezas. Pero, ¿cuál es la diferencia entre los distintos métodos de nitruración y cuál es la diferencia entre nitruración y carburación?

Nitruración iónica/plasmática de Ionitech

El proceso de nitruración iónica/plasmática se lleva a cabo al vacío. Una vez que se ha evacuado el horno de vacío, se introduce el gas de trabajo. Se aplica una tensión eléctrica entre la carga de trabajo (cátodo) y las paredes del horno (ánodo). El gas se ioniza parcialmente y los iones de nitrógeno e hidrógeno comienzan a bombardear la superficie creando un efecto de pulverización catódica (limpieza atómica) y también calientan las piezas. La formación de la capa compuesta (capa blanca) y la difusión del nitrógeno comienzan a formarse cuando las piezas alcanzan las temperaturas necesarias.

  • ion/plasma nitriding 2
  • ion/plasma nitriding 3
  • ion/plasma nitriding 1

Nitruración gaseosa

El horno puede ser de vacío o atmosférico. Se llena con los gases de trabajo y se calienta mediante calentadores. El calor disuelve el gas amoniaco en nitrógeno e hidrógeno, creando la atmósfera necesaria. El nitrógeno se difunde en el acero y forma la capa blanca en la parte superior y la zona de difusión en la parte inferior.

Comparación entre nitruración iónica/plasmática y nitruración gaseosa

Nitruración iónica/plasmática

Nitruración gaseosa

Rango de temperatura del proceso

300 – 700 C

500 – 600 C

Intervalo de tiempo de proceso

Desde 1 minuto hasta 100 horas (los tiempos de proceso más habituales son de 6 a 12 horas)

5 a 100 horas

Gases de proceso

N2; H2; Ar (casos especiales); NH3*;

N2; H2; NH3;

Dureza superficial alcanzada

Dependiendo del grado de acero: 400 – 1300 HV

Dependiendo del grado de acero: 400 – 1300 HV

Zona compuesta (capa blanca)

Lo más frecuente es que se trate de una fase gamma prima (γ’), pero se puede controlar mejor para formar una fase épsilon (ε) o ninguna capa blanca.

Por lo general, consiste en una mezcla de las fases épsilon (ε) y gamma prima (γ'). La fase épsilon es más grande.

Capa de difusión

Dependiendo del grado de acero: 0.02 – 0.8 mm

Dependiendo del grado de acero: 0.02 – 0.8 mm

Posibilidad de postoxidación

Sí

Sí

Ventajas

  • Consumo muy bajo de gases (90 % inferior en comparación con la nitruración con gas**)
  • Limpieza por pulverización catódica (limpieza a nivel atómico
  • Nitruración de aceros inoxidables sin despasivación previa
  • Nitruración de aceros inoxidables a menor temperatura para mantener la resistencia a la corrosión
  • Mejor control de la formación de la zona compuesta (capa blanca) Posibilidad de enmascaramiento mecánico de superficies para evitar la nitruración
  • Menor consumo de energía
  • Menor emisión de gases de efluente
  • Respetuoso con el medio ambiente, sin subproductos tóxicos
  • Se necesita menos precisión en la disposición de las piezas en la cámara.

Desventajas

  • Disposición de las piezas en la cámara con la precisión necesaria
  • En algunos casos, la nitruración a gas requiere la eliminación mecánica de la capa blanca debido al riesgo de que se inicien grietas por fatiga (proceso posterior a la molienda)
  • La retorta del horno a gas se nitrura después de un período de tiempo
  • Alto consumo de gases (90 % menor en comparación con la nitruración a gas **)
  • Se necesita despasivación previa para la nitruración de grados de acero inoxidable
  • Mayor consumo de energía
  • Mayor emisión de gases de efluentes

* En la nitruración iónica/plasmática se puede utilizar gas amoniaco (NH3) en lugar de gases N2 y H2. Pero, a diferencia de la nitruración gaseosa, se utiliza un 90 % menos de amoniaco y este se disocia durante el proceso. Las emisiones a la atmósfera son mínimas y no suponen ningún peligro para el medio ambiente ni para los trabajadores (mediciones realizadas en las instalaciones de Ionitech).

** Estudio de caso de T. Bell.

Nitruración en baño de sales

Las piezas se sumergen en un baño de sales de cianuro (CN) y cianato (CNO). La temperatura de trabajo del proceso es de unos 550 – 600 C, y descompone las sales que liberan átomos de nitrógeno y carbono que se difunden en el acero, creando la capa blanca en la parte superior y la zona de difusión en la parte inferior.

Comparación entre nitruración iónica/plasmática y nitruración por baño de sal

Nitruración iónica/plasmática

Nitruración en baño de sales

Rango de temperatura del proceso

300 – 700 C

550 – 600 C

Intervalo de tiempo de proceso

Desde 1 minuto hasta 100 horas (los tiempos de proceso más habituales son de 6 a 12 horas)

1 – 4 horas

Gases de proceso

N2; H2; Ar (casos especiales); NH3*;

sales de cianuro/cianato

Dureza superficial alcanzada

Dependiendo del grado de acero: 400 – 1300 HV

Dependiendo del grado de acero: 400 – 1300 HV

Zona compuesta (capa blanca)

Lo más frecuente es que se trate de una fase gamma prima (γ’), pero se puede controlar mejor para formar una fase épsilon (ε) o ninguna capa blanca.

Typically, consists of a mixture of both epsilon (ε) and gamma prime (γ') phases. Almost no control over the formation.

Capa de difusión

Dependiendo del grado de acero: 0.02 – 0.8 mm

Dependiendo del grado de acero: 0.1 – 0.5 mm

Posibilidad de postoxidación

Sí

Sí (baño separado)

Ventajas

  • Mejor control del proceso
  • Tratamiento a baja temperatura de los grados de acero inoxidable para mantener su resistencia a la corrosión
  • La nitruración iónica se puede controlar con precisión y tratar áreas específicas de una pieza, evitando superficies que no necesitan endurecerse.
  • Proceso ecológico y seguro
  • Tiempos de procesamiento más rápidos.

Desventajas

  • Altamente tóxico y peligroso
  • Eliminación de sales según normativa.
  • No es posible enmascarar superficies que no deban ser nitruradas

* En la nitruración iónica/plasmática se puede utilizar gas amoniaco (NH3) en lugar de gases N2 y H2. Pero, a diferencia de la nitruración gaseosa, se utiliza un 90 % menos de amoniaco y este se disocia durante el proceso. Las emisiones a la atmósfera son mínimas y no suponen ningún peligro para el medio ambiente ni para los trabajadores (mediciones realizadas en las instalaciones de Ionitech).

Cementación

Al igual que la nitruración, la carburación es un proceso de tratamiento térmico por difusión, pero difunde carbono en el acero, en lugar de nitrógeno. El proceso se realiza a altas temperaturas en la fase austenítica del acero, lo que permite obtener una gran dureza y grandes profundidades de capa. Una desventaja importante es que requiere tratamientos térmicos posteriores al proceso para templar el acero debido al cambio de fase: el proceso de carburación se lleva a cabo en la zona de temperatura de la fase austenítica. También se necesita rectificado y mecanizado posteriores al proceso, porque las altas temperaturas provocan distorsiones de las piezas.

Comparación entre nitruración iónica/plasmática y cementación

Nitruración iónica/plasma

Cementación

Rango de temperatura del proceso

300 – 700 C

850 – 950 C

Intervalo de tiempo de proceso

Desde 1 minuto hasta 100 horas (los tiempos de proceso más habituales son de 6 a 12 horas)

4 - 10 horas

Gases de proceso

N2; H2; Ar (casos especiales); NH3*;

CO, CH4;

Dureza superficial alcanzada

Dependiendo del grado de acero: 400 – 1300 HV

750 - 850 HV

Zona compuesta (capa blanca)

Lo más frecuente es que se trate de una fase gamma prima (γ’), pero se puede controlar mejor para formar una fase épsilon (ε) o ninguna capa blanca.

Sin capa blanca

Capa de difusión

Dependiendo del grado de acero: 0.02 – 0.8 mm

Dependiendo del grado de acero: 0.2 – 1.5 mm

Posibilidad de postoxidación

Sí

No

Ventajas

  • No se necesitan procesos posteriores a la nitruración: las piezas nitruradas están listas para usar al sacarlas de la cámara.
  • La baja temperatura permite la nitruración de piezas precisas.
  • La capa blanca formada proporciona una mejor resistencia al desgaste y a la corrosión.
  • Posibilidad de enmascarar superficies que no deben nitrurarse.
  • Proceso ecológico y seguro
  • Proporciona profundidades de caja más profundas.

Desventajas

  • Aunque crea una mayor dureza para algunos grados de acero, en comparación con los resultados de la nitruración, la resistencia al desgaste adhesivo es peor, debido a la ausencia de capa blanca, que reduce el coeficiente de fricción.
  • Es un tratamiento limitado a los aceros al carbono y algunos aceros aleados.
  • Los tratamientos térmicos posteriores a la carburación son necesarios debido al cambio de fase del material durante la carburación a temperaturas tan altas.
  • Las altas temperaturas pueden distorsionar las piezas y las herramientas y requerirán rectificado y mecanizado posteriores a la carburación.

* En la nitruración iónica/plasmática se puede utilizar gas amoniaco (NH3) en lugar de gases N2 y H2. Pero, a diferencia de la nitruración gaseosa, se utiliza un 90 % menos de amoniaco y este se disocia durante el proceso. Las emisiones a la atmósfera son mínimas y no suponen ningún peligro para el medio ambiente ni para los trabajadores (mediciones realizadas en las instalaciones de Ionitech).

Ionitech S.L.

Ionitech S.L. es una compañía privada dedicada a la fabricación de equipo de nitruración por plasma (iónica), fundada durante el año 2003, pero comienza sus actividades, investigaciones y desarrollo muchos años antes, desarrollando estas actividades cada día.

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Lo que ofrecemos:

Nitruración iónica/plasmática en diferentes industrias:

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