Técnicas de Nitruración (nitruración Iónica)

La Nitruración Iónica es un proceso de endurecimiento superficial de materiales metálicos, gracias al cual se incorpora nitrógeno en la superficie de las piezas tratadas. Debido a la naturaleza particular de la incorporación del nitrógeno, la nitruración iónica del acero y de las fundiciones grises es en muchos casos, muy superior a los procesos de nitruración simple conocidos hasta la fecha. Esta técnica mejora las propiedades mecánicas, como la resistencia al desgaste, la resistencia a la fatiga, la resiliencia, etc.

Las causas metalúrgicas de esta mejora de las características de superficie están asociadas a la particularidad de las capas superficiales que es posible conseguir con este proceso.

TÉCNICA DEL PROCESO

En la nitruración se emplean los medios nitrurantes más diversos. Con respecto a los distintos estados de la materia ( sólido, líquido o gaseoso ), se distingue entre la nitruración por polvo, la nitruración en baño y la gaseosa. Además de los tres estados de la materia ya citados, se conoce otro en física que es considerablemente más activo : el PLASMA.

Un plasma está compuesto por partículas cargadas eléctricamente, es decir, iones y electrones. Si queremos pasar por vía térmica del estado gaseoso al estado de plasma, hay que calentar el gas a decenas de miles de grados e incluso a más de cien mil grados.

La nitruración iónica utiliza dicho estado de plasma, de modo que también se podría llamar a este proceso nitruración por plasma, por analogía con las otras denominaciones de la nitruración.

Denominar el proceso nitruración con descarga luminiscente ( término habitualmente recogido en la literatura técnica alemana ) viene a ser lo mismo que ignorar lo fundamental del proceso.

¿ Cómo funciona la nitruración iónica y cómo podemos producir el estado plasmático? La mejor manera de saberlo es examinar en primer lugar la estructura de la instalación de nitruración iónica.

Dicha instalación se compone básicamente de tres unidades:
- el horno de vacío
- el dispositivo de dosificación del gas
- la instalación eléctrica

En el horno de vacío, las piezas a tratar se cuelgan o colocan de tal modo que estén aisladas eléctricamente. El dispositivo de dosificación del gas permite, junto con una bomba de vacío, llevar al horno de vacío el gas de tratamiento necesario, por ejemplo amoníaco, así como regular la presión de dicho gas entre 0,1 y 10 torr.

El gas de tratamiento pasa a estado plasmático gracias a la instalación eléctrica. Con esta última, se aplica entre las piezas a tratar y la pared del horno una corriente continua de varios centenares de voltios hasta unos 1500 V, de modo que la pieza a tratar sea negativa (cátodo) con respecto a las paredes del horno que representa el ánodo.

Los portadores de carga, acelerados en la caída de tensión entre el cátodo y el ánodo, disocian las moléculas del gas de tratamiento por un proceso de choques anelásticos, a la vez que excitan e ionizan los átomos y moléculas. Esto tiene el efecto de emitir continuamnete nuevos portadores de carga: los electrones son acelerados hacia la pared del horno montada como ánodo y los iones positivos hacia la pieza a tratar que constituye el cátodo.

La tensión aplicada no disminuye de forma lineal entre la pared del horno y la pieza, como podría ocurrir en el caso de un alto vacío, pero sufre grandes alteraciones por la carga de espacio que nace cerca de la pieza, y ello de tal modo que prácticamente toda la tensión aplicada cae sólo unos milímetros antes de la superficie de la pieza. Esta caída de tensión cerca de la superficie del cátodo ( pieza a tratar) se llama también caída catódica.

Descarga luminiscente.
E= primer borde catódico
G= descarga luminiscente
H= espacio oscuro de Hittdorf
F= espacio oscuro de Faraday
S= borde luminiscente
B= funda anódica
Zonas de descarga y caída potencial según W.WEIZEL.

Así pues, todos los choques electrónicos de la nitruración iónica se limitan a esa estrecha franja de caída catódica. El estado perfecto de plasma del gas de tratamiento sólo aparecerá durante la caída catódica, es decir, en la inmediata proximidad de la superficie de la pieza, mientras que el resto de la cámara de tratamiento del horno de vacío está llana de gas de tratamiento normal, enriquecido con portadores de carga. Por ello, el tratamiento superficial con descarga luminiscente es prácticamente independiente de la distancia entre la pieza y la pared del horno. Os fenómenos de choques catódicos, denominados aquí bordes luminiscentes, se limitan a una franja estrecha alrededor de la pieza. Esta representa el interior de un horno de vacío cargado con varias piezas durante un tratamiento de nitruración iónica. El borde luminiscente sigue los contornos de todas las superficies de cada pieza. Esto supone que todas las superficies ( incluidas las muescas y escariados ) están sometidas a un bombardeo iónico uniforme, que da lugar a un endurecimiento superficial uniforme.