Nitruración por Plasma vs Nitrocarburación Líquida - Revista Metal ...

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PROCESOS
La nitruración presenta ventajas sobre
los demás procesos de difusión
termoquímica como, por ejemplo,
la carburización o cementación (entre
870 y 1.065ºC) o borización (entre
760 y 1.095ºC), que requieren
de temperaturas mucho más altas,
lo que puede acarrear distorsiones
dimensionales o microestructurales
en las piezas; y en consecuencia,
demandan procesos adicionales de
rectificado para contrarrestar las
deformaciones obtenidas en este
proceso. Igualmente, esta técnica,
además, de no alterar las tolerancias
de los productos y no requerir
tratamientos posteriores, consume
menos energía que cualquier otro
proceso, lo que reduce los costos
finales de manufactura de los elementos
tratados.
La nitruración es útil para distintos
componentes de varios sectores industriales:
aparatos de uso doméstico;
maquinaria para imprenta y sector
textil; componentes electrónicos, para
ingeniería eléctrica, energía y tecnología
de reactores; fabricación de
herramientas; industria aeronáutica,
armamentística, hidráulica y neumática;
ingeniería mecánica en general;
metrología y técnicas de control; minería;
tecnología ferroviaria, fijación
y médica; autopartes y piezas para
automotores; válvulas y accesorios.
Proceso En Colombia
A nivel industrial, el proceso por
plasma hasta el momento sólo ha
sido desarrollado por la empresa antioqueña
Tratar S.A., en representación
del sector privado, quienes con
el apoyo de Colciencias y consultores
internacionales, implementaron un
sistema de última generación para
realizar procesos al vacío de nitruración
y nitrocarburación iónica, el cual
ya está al servicio de la industria.
Por su parte, aunque diversas compañías
ofrecen la nitrocarburación
líquida en Colombia, no todas
emplean métodos y tecnología
Líquida en Baño de Sales
En Colombia el proceso de nitruración más
difundido es el líquido, este método es realmente
una nitrocarburación –difusión de nitrógeno
y carbono a lo largo y ancho de la
superficie de un material– en la que se utiliza
un baño de sales (cianuros o cianatos) y un
rango de temperaturas de 510 a 580ºC, durante
un tiempo de nitruración entre 15 min y
4 horas. El proceso logra profundidades de
penetración cercanas a 0.15 mm.
Este proceso se basa en el principio de difusión
de partículas a través de la aplicación de
energía, en este caso térmica para la activación
de los átomos de N y C; a medida que
aumenta el tiempo de difusión, aumenta la
capa difusiva.
Básicamente, el proceso de nitrocarburación
en sales consiste en los siguientes pasos:
Precalentamiento de las piezas a una temperatura
de 350ºC.
Nitrocarburación en baño de sales a una
temperatura entre 570ºC y 580ºC en un tiempo
entre una y dos horas.
Al sacar del baño se deben enfriar las piezas
inmediatamente a 400ºC
Se dejan enfriar a temperatura ambiente y
limpiar con agua.
Por supuesto, este proceso puede variar dependiendo
de las variables de temperatura,
tiempo, composición del material y concentraciones
de las sales nitrurantes, por lo que
se obtienen diversas propiedades en la capa
de los materiales tratados.
Debido a sus diversas aplicaciones, la ventaja
de este proceso reside en la flexibilidad de
los equipos y el bajo costo de instalación; algunas
de sus aplicaciones son: camisas para
pistones, engranajes, bielas, matrices de forja,
husillos y componentes automotrices.
adecuada; en ese sentido los desechos
residuales originados por las
sales afectan gravemente el medio
ambiente.
Actualmente, en el país se ofrecen
dos procesos de nitrocarburación
líquida; la nitruración líquida
convencional, la cual es altamente
contaminante, y el proceso Tenifer®,
marca registrada de Böhler
NITRURACIÓN
Por Plasma o Iónica
El plasma es considerado el cuarto estado de la materia,
al aplicar suficiente cantidad de energía a un gas
se produce el fenómeno de ionización que permite la
aparición de partículas cargadas eléctricamente –iones
y electrones–, cuándo las partículas presentan
una fuerza electromagnética que define el sistema,
se dice que el gas se ha transformado en plasma. La
energía utilizada para hacer reaccionar el gas puede
ser, en teoría, de cualquier tipo; ya sea, térmica,
mecánica o eléctrica, esta última es la más empleada
para la nitruración por plasma.
Generalmente, en un ambiente sellado y al vacío
(3 – 10mbar de presión absoluta), mantenido por un
reactor plasma con escudos de acero inoxidable y una
bomba de vacío, una fuente de corriente directa pulsada
genera una serie de descargas eléctricas entre dos
electrodos (cátodo y ánodo) y un gas (N2, H2, Ar).
Las temperaturas varían desde 350 hasta 580ºC, con
presiones desde 0.1 a 1kPa, los ciclos de nitruración
oscilan entre ½ y 10 horas.
Por medio de la energía introducida las partículas del
gas se excitan y colisionan entre si, liberan energía,
permiten el aumento de la temperatura y ocasionan
que los átomos e iones se desplacen del gas hacia el
material (cátodo) y lo impacten. Gracias el bombardeo
iónico se desprenden átomos de algunos contaminantes
de la superficie del material; el hierro del material
reacciona con el nitrógeno y forma los nitruros de hierro
(FeN), lo que causa la formación de una capa dura
conocida como “capa blanca” por su coloración al ser
observada al microscopio.
El incremento de la temperatura de la pieza y el bombardeo
iónico de nitrógeno permite la difusión de átomos
de nitrógeno hacia el interior de la estructura del
material, lo que forma los nitruros de aleantes de acero
como, por ejemplo, nitruros de cromo que en últimas
forman la capa de difusión, la cual tiene mayor dureza
que el núcleo del material y lo protege, le brinda resistencia
al desgaste y la corrosión; además, incrementa
la dureza en profundidad y la resistencia a la fatiga.
Uddeholm Colombia S.A., que se diferencia
de la convencional por que
usa sales neutras que no atacan de
forma alta al medio ambiente; además,
Böhler Uddeholm Colombia,
cuenta con una planta de tratamiento
de aguas sistematizada que le ha
permitido obtener del Gobierno Nacional
el permiso para vertimiento
de aguas debido a los bajos contenidos
de elementos contaminantes.
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