Bề mặt hoàn thiện của thép hợp kim thay đổi đáng kể sau khi thấm nitơ do hình thành lớp cứng, chống mài mòn trên bề mặt. Dưới đây là những thay đổi và đặc điểm chính của bề mặt hoàn thiện sau thấm nitơ:
Cải thiện khả năng chống mài mòn: Sự hình thành lớp nitrit cứng trên bề mặt thép giúp tăng cường đáng kể khả năng chống mài mòn của nó. Lớp này hoạt động như một hàng rào bảo vệ chống mài mòn cơ học, giảm tổn thất vật liệu trong quá trình tiếp xúc ma sát. Khả năng chống mài mòn nâng cao của lớp nitrided đặc biệt có lợi cho các bộ phận trong môi trường có độ mài mòn cao, chẳng hạn như vòng bi, bộ phận van và vít đùn. Bề mặt thấm nitơ làm giảm tần suất bảo trì và thay thế, dẫn đến chi phí vận hành thấp hơn và cải thiện hiệu quả trong máy móc.
Độ nhám bề mặt: Thấm nitơ có thể làm tăng nhẹ độ nhám bề mặt do sự hình thành nitrua. Bề mặt hoàn thiện ban đầu của thép hợp kim đóng một vai trò quan trọng trong việc xác định độ nhám cuối cùng sau quá trình thấm nitơ. Các bề mặt được gia công hoặc đánh bóng tinh xảo có xu hướng duy trì bề mặt mịn hơn, trong khi các bề mặt cứng hơn có thể có độ nhám tăng lên rõ rệt hơn. Sự thay đổi độ nhám này có thể được giảm thiểu bằng cách kiểm soát các thông số của quá trình thấm nitơ và sử dụng các kỹ thuật hoàn thiện sau thấm nitơ, chẳng hạn như đánh bóng hoặc mài, để đạt được kết cấu bề mặt mong muốn. Duy trì bề mặt nhẵn là rất quan trọng đối với các ứng dụng yêu cầu độ ma sát thấp và độ chính xác cao.
Thay đổi màu sắc: Bề mặt của thép hợp kim nitrided thường có sự thay đổi màu sắc, từ xám đậm đến đen. Sự thay đổi màu sắc này là kết quả của sự hình thành sắt nitrit trên bề mặt. Bề mặt tối màu là dấu hiệu trực quan cho thấy quá trình thấm nitơ thành công và cũng có thể mang lại khả năng chống ăn mòn ở một mức độ nào đó. Sự thay đổi màu sắc đồng nhất giúp nâng cao tính thẩm mỹ của bộ phận và đóng vai trò là điểm đánh dấu kiểm soát chất lượng để xử lý thấm nitơ nhất quán qua các lô.
Cấu trúc bề mặt: Thấm nitơ tạo ra cấu trúc bề mặt phức tạp đặc trưng bởi sự hình thành của một lớp hợp chất hay còn gọi là lớp màu trắng trên bề mặt trên. Lớp hợp chất này bao gồm các nitrat sắt, chủ yếu là ε-Fe2-3N và γ'-Fe4N, góp phần tăng độ cứng và khả năng chống mài mòn. Bên dưới lớp hợp chất là vùng khuếch tán, nơi các nguyên tử nitơ đã xuyên qua ma trận thép, tăng cường tính chất cơ học của nó. Lớp hợp chất thường rất mỏng (vài micromet) nhưng đóng vai trò quan trọng trong việc bảo vệ vật liệu bên dưới khỏi bị mài mòn và mỏi. Việc phân lớp có cấu trúc này giúp nâng cao hiệu suất tổng thể và tuổi thọ của thành phần.
Chống ăn mòn: Quá trình thấm nitơ có thể tăng cường khả năng chống ăn mòn của thép hợp kim bằng cách hình thành một lớp nitrit bảo vệ trên bề mặt. Các nitrit này hoạt động như một rào chắn, ngăn chặn sự xâm nhập của các tác nhân ăn mòn và làm giảm tốc độ oxy hóa, hình thành rỉ sét. Sự cải thiện khả năng chống ăn mòn này đặc biệt có lợi cho các bộ phận tiếp xúc với môi trường khắc nghiệt, chẳng hạn như thiết bị xử lý hóa chất, ứng dụng hàng hải và phụ tùng ô tô. Khả năng chống ăn mòn được tăng cường giúp kéo dài tuổi thọ của các bộ phận và giảm nhu cầu bảo trì hoặc sơn bảo vệ thường xuyên.
Tính toàn vẹn bề mặt: Thấm nitơ cải thiện tính toàn vẹn bề mặt tổng thể của thép hợp kim bằng cách tạo ra ứng suất dư nén trong lớp bề mặt. Các ứng suất nén này chống lại các ứng suất kéo có thể dẫn đến sự hình thành và lan truyền vết nứt, do đó tăng cường khả năng chống mỏi của bộ phận. Tính toàn vẹn bề mặt được cải thiện đảm bảo rằng các bộ phận được thấm nitơ có thể chịu được tải theo chu kỳ và kéo dài tuổi thọ hoạt động của chúng trong các ứng dụng đòi hỏi khắt khe. Lớp nitrided cũng cung cấp khả năng chống va đập và chu trình nhiệt tốt hơn, khiến nó phù hợp với môi trường năng động và nhiệt độ cao.
