الكربنة النيتروجينية

الكربنة النيتروجينية هي تقنية لتعديل سطح المعادن تستخدم لزيادة صلابة سطح المعدن، وبالتالي تقليل التآكل .

أثناء هذه العملية، تنتشر ذرات الكربون والنيتروجين بين ذرات المعدن، مُشكّلةً حواجز تمنع الانزلاق ، مما يزيد من الصلابة ومعامل المرونة بالقرب من السطح. غالبًا ما تُطبّق عملية الكربنة النيتروجينية على الفولاذ منخفض الكربون الرخيص وسهل التشكيل، لإكسابه خصائص سطحية تُضاهي أنواع الفولاذ الأغلى ثمنًا والأصعب تشكيلًا. ^{[ 1 ]} تتراوح صلابة سطح الأجزاء المُعالجة بالكربنة النيتروجينية بين 55 و62 HRC.

تتضمن بعض عمليات التصليد السطحي قبل الصناعية ليس فقط مواد غنية بالكربون مثل الفحم، ولكن أيضًا مواد غنية بالنيتروجين مثل اليوريا ، مما يعني أن تقنيات التصليد السطحي التقليدية كانت شكلاً من أشكال الكربنة النيتروجينية.

تُشبه عملية الكربنة النيتروجينية عملية الكربنة الغازية ، مع إضافة الأمونيا إلى جو الكربنة، مما يوفر مصدرًا للنيتروجين. يُمتص النيتروجين على السطح وينتشر داخل قطعة العمل مع الكربون. تُجرى عملية الكربنة النيتروجينية (حوالي 850 درجة مئوية / 1550 درجة فهرنهايت) عند درجات حرارة أعلى بكثير من النتردة العادية (حوالي 530 درجة مئوية / 990 درجة فهرنهايت)، ولكنها أقل قليلاً من تلك المستخدمة في الكربنة (حوالي 950 درجة مئوية / 1700 درجة فهرنهايت)، ولمدة أقصر. تميل عملية الكربنة النيتروجينية إلى أن تكون أكثر اقتصادية من الكربنة، كما أنها تقلل من التشوه أثناء التبريد السريع . تسمح درجة الحرارة المنخفضة بالتبريد بالزيت، أو حتى التبريد بالغاز مع جو واقٍ.

تُشكّل عملية الكربنة النيتروجينية طبقة صلبة مقاومة للتآكل، يتراوح سمكها عادةً بين 0.07 مم و0.5 مم، وتتميز عمومًا بصلابة أعلى من طبقة الكربنة التقليدية. يُحدد سمك الطبقة وفقًا للتطبيق؛ فكلما زاد سمكها، زاد عمر القطعة. تُغيّر عملية الكربنة النيتروجينية الطبقات السطحية فقط من قطعة العمل، ولا تُضيف طبقة إضافية، لذا لا تُغيّر العملية أبعاد القطعة بشكل ملحوظ.

يُحدد الحد الأقصى لعمق التصليد السطحي عادةً بـ 0.75 مم؛ إذ يستغرق التصليد بعمق أكبر من ذلك وقتًا طويلاً جدًا للانتشار، مما يجعله غير اقتصادي. يُفضل تقليل وقت المعالجة للحد من تركيز النيتروجين في التصليد السطحي، لأن إضافة النيتروجين أصعب تحكمًا من إضافة الكربون. قد يؤدي وجود فائض من النيتروجين في قطعة العمل إلى ارتفاع مستويات الأوستنيت المتبقي والمسامية، وهما أمران غير مرغوب فيهما عند إنتاج قطعة ذات صلابة عالية.

تتميز عملية الكربنة النيتروجينية بمزايا أخرى مقارنةً بالكربنة. فهي تتمتع بمقاومة أكبر للتليين أثناء التصليد ، بالإضافة إلى زيادة في مقاومة الإجهاد والصدمات. ويمكن استخدام كلتا العمليتين معًا لتحقيق ظروف مثالية لعمق طبقة التصليد السطحي، وبالتالي تحسين أداء القطعة في الصناعة. تُطبق هذه الطريقة بشكل خاص على أنواع الفولاذ ذات قابلية التصليد السطحي المنخفضة، مثل مقعد الصمام. تبدأ العملية بالكربنة للوصول إلى عمق طبقة التصليد المطلوب (حتى 2.5 مم) عند درجة حرارة تتراوح بين 900 و955 درجة مئوية، ثم الكربنة النيتروجينية للوصول إلى عمق طبقة التصليد السطحي المطلوب. بعد ذلك، تُبرد القطع بالزيت، مما ينتج عنه طبقة تصليد سطحي أقوى من تلك التي يمكن الحصول عليها بالكربنة، كما أن إضافة طبقة الكربنة النيتروجينية تزيد من إجهادات الضغط المتبقية في الطبقة، مما يؤدي إلى زيادة مقاومة الإجهاد التلامسي وتدرج القوة. وتشير الدراسات إلى أن الكربنة النيتروجينية تُحسّن مقاومة التآكل. ^{[ 2 ]}

تشمل التطبيقات النموذجية للتصليد السطحي أسنان التروس ، والكامات، والأعمدة، والمحامل ، والمثبتات ، والدبابيس ، وقضبان المكابس الهيدروليكية ، وألواح القابض في السيارات، والأدوات ، والقوالب ، وأدوات الحراثة.

• التصلب التفاضلي
• عملية النترجة
• تلميع التبريد
• هندسة الأسطح