Ionennitreren van titaniumlegeringen: proces en voordelen

Ionennitreren verbetert titaniumlegeringen door de oppervlaktehardheid, slijtvastheid, vreetbestendigheid en corrosiebestendigheid in reducerende omgevingen te verhogen, terwijl de taaiheid en ductiliteit van de kern behouden blijven. Het biedt een oplossing voor de slechte slijtvastheid en vreetbestendigheid van titanium en de beperkte corrosiebestendigheid in reducerende media. Het proces wordt toegepast in de petrochemische industrie, de defensiesector en bij medische apparatuur.

De nitreringstemperatuur en -duur bepalen de hardheid en de diepte van de nitrering. Correct behandelde oppervlakken zijn goudgeel.

Waterstofbrosheid is een belangrijk aandachtspunt. Meestal worden stikstof-argonmengsels of zelfs zuivere stikstof gebruikt. Als er een waterstofhoudende atmosfeer wordt gebruikt, zoals een stikstof-waterstofmengsel of ammoniak, moet de waterstoftoevoer worden gestopt zodra het onderdeel na het nitreren is afgekoeld tot 600 °C, om het risico op brosheid te verminderen.

Titanium-ionnitridering vindt plaats bij temperaturen boven 800 °C. Hiervoor kan gebruik worden gemaakt van een extern verwarmde ionnitrideeroven of een conventionele koudwandoven. Om onderdelen op de vereiste temperatuur te brengen en de temperatuuruniformiteit te waarborgen, is een eenvoudige methode om een hulpkathode met hetzelfde potentiaal rondom het werkstuk te plaatsen. Deze fungeert als een extra perifere warmtebron, vermindert warmteverlies door straling, versnelt het opwarmen en verbetert de temperatuuruniformiteit.

Apparatuur die voor titanium is ontworpen, moet een temperatuur van ongeveer 900 °C bereiken, waarbij alle afdichtingen betrouwbaar moeten blijven functioneren. Plaats een of meer volledig metalen stralingsschermen tussen het werkstuk en het deksel van de oven en tussen de kathodewerktafel en de bodemplaat van de oven.

Omdat titanium bij 900 °C een sterke affiniteit voor zuurstof heeft, moet de partiële zuurstofdruk zo laag mogelijk worden gehouden. De gaszuiverheid en de lekratio van de oven zijn de belangrijkste controlefactoren. Een speciale oven voor het ion-nitreren van titanium verdient de voorkeur, zodat stoffen die tijdens de behandeling van andere materialen zijn geadsorbeerd, het titaniumproces niet verontreinigen.