ZeroFlow — технология газового азотирования

Это введение азота в поверхность металла или сплава (обычно стали) в термохимическом процессе.

В результате образуется упрочненный поверхностный слой с повышенной механической прочностью и устойчивостью к истиранию и коррозии.

Применяется в производстве элементов машин, взаимодействующих друг с другом за счет трения, в системах силовой передачи, т.е. таких как: колеса, зубчатые валы, кольца, втулки, подшипники, толкатели и т. д. и для улучшения поверхности режущих инструментов и штампов для пластической обработки.

Обычно азотированию предшествует закалка, при этом закалка происходит после цементации.

Азотирование проводят при температурах 450-600°С, а цементацию при температурах аустенизации, обычно 800-1100°С.

Обычно цементация используется там, где требуются более толстые закаленные слои, для более тяжелых нагрузок и более массивных деталей. Азотирование используется в более тонких слоях, где ключевым фактором является стойкость к истиранию.

Закаленный азотированный слой может обеспечить более высокую твердость и более низкое трение, а также лучшую термостойкость и антикоррозионные свойства.

Азотирование ZeroFlow — это метод газового азотирования, разработанный и внедренный компанией SECO/WARWICK совместно с учеными из Познанского Технического Университета.

Азотирование ZeroFlow было разработано 20 лет назад и внедрено практически сразу.

В мире работает более 100 систем азотирования ZeroFlow.

Явления и принцип работы процесса идентичны классическому газовому азотированию; разница заключается в способе его осуществления.

Технология азотирования ZeroFlow от SECO/WARICK отличается использованием только аммиака в качестве технологического газа в минимальном количестве, необходимом для формирования требуемого слоя.

Название происходит от уникальной особенности процесса: азотирование происходит в герметичной печи без подачи аммиака (или каких-либо газов) – нулевой поток – ZeroFlow.

Да, в любом случае.

Нет, если необходимо использовать преимущества технологии ZeroFlow.

Преимущества азотирования ZeroFlow охватывают многие области, наиболее важными из которых являются: снижение технологических затрат, эксплуатационных расходов, качество и защита окружающей среды.

Технология ZeroFlow обеспечивает минимальное потребление аммиака, ограничиваясь формированием необходимого слоя. В отличие от традиционных печей, здесь не требуется непрерывный поток атмосферы.

Отсутствует потребление аммиака для обеспечения диссоциированного аммиака, необходимого для контроля процесса азотирования. В технологии ZeroFlow ускорение диссоциации аммиака, необходимое для процесса, происходит внутри рабочего пространства с помощью встроенного (внутреннего) диссоциатора. Это снижает потребление аммиака и энергии.

Вакуумное полоскание снижает потребление аммиака и азота, сокращает время процесса и снижает энергопотребление.

Ключевые преимущества азотирования ZeroFlow можно суммировать в пяти областях:

1. Возможность использования аммиака в качестве наиболее эффективного носителя азота (без разбавления другими газами, такими как азот или диссоциированный аммиак).
2. Минимальная потребность в аммиаке, т.е. подача только необходимого количества азота к обрабатываемым деталям в герметично закрытой печи (в отличие от традиционного процесса, где атмосфера постоянно циркулирует через открытую печь, и лишь небольшая ее часть используется для азотирования).
3. Использование вакуумной откачки печи (вместо традиционного полоскания технологическими газами), что значительно снижает потребление технологических газов (аммиака и азота).
4. Точное и динамическое управление процессом за счет прямого измерения и контроля состава азотирующей атмосферы внутри печи с использованием только аммиака и внутренней диссоциации.
5. Обеспечение очень высокой точности формирования требуемого азотированного слоя при минимальных эксплуатационных затратах.

Наиболее важным экологическим преимуществом азотирования ZeroFlow является минимальная потребность в аммиаке. Для азотирования SECO/WARWICK требуется только аммиак для подачи необходимого количества азота к обрабатываемым деталям в герметично закрытой печи, что автоматически минимизирует выбросы газов после обработки.

Фундаментальное различие между традиционной азотной печью и современной азотной печью ZeroFlow заключается в трех областях:

1. Конструкция ретортной печи ZeroFlow позволяет безопасно работать без потока газа через герметично закрытую печь.
2. Она не требует внешнего диссоциатора.
3. Для контроля процесса (Kn) используется только один газоанализатор — анализатор водорода, подключенный непосредственно к ретортной печи, который не требует отбора пробы атмосферы.

Путем регулирования азотного потенциала (Kn), аналогично традиционным процессам. Коэффициент Kn азотирующей атмосферы определяет ее способность вводить азот в поверхность.

Kn рассчитывается на основе концентрации аммиака и водорода в атмосфере по следующей формуле:

Традиционные процессы требуют анализаторов концентрации обоих газов: аммиака и водорода.

Азотирование ZeroFlow требует только анализатора водорода.

Поскольку в ZeroFlow используется только аммиак, азотирующая атмосфера имеет стехиометрический состав (реагенты и продукты находятся в постоянных пропорциях). Это означает, что концентрация водорода определяет концентрацию аммиака, и наоборот. Поэтому достаточно знать концентрацию одного газа, чтобы определить концентрацию другого и рассчитать Kn.

В случае традиционных процессов с использованием дополнительно диссоциированного аммиака или азота атмосфера не является стехиометрической, и необходимо использовать два измерителя: аммиака и водорода.

Азотирование методом ZeroFlow — наиболее точный процесс, поскольку атмосфера является стехиометрической и использует только один датчик водорода, измеряющий атмосферу непосредственно в реторте.

Традиционное азотирование использует два анализатора, что удваивает погрешности измерений и требует постоянного сброса атмосферного воздуха в анализатор аммиака (потери атмосферного воздуха).

Метод ZeroFlow использует только аммиак, потому что он подает азот в процесс и не требует разбавления другими газами (обычно диссоциированным аммиаком или азотом).

Эти газы используются для разбавления аммиака и снижения азотного потенциала (Kn).

Он снижается с помощью встроенного диссоциатора, расположенного внутри реторты, который ускоряет диссоциацию аммиака непосредственно в реторте. Отсутствуют потери аммиака и энергии внешнего диссоциатора, как при традиционном азотировании.

Симулятор – это инструмент, который помогает создать рецепт для достижения желаемого результата в виде профиля и структуры азота.

Процесс не является интуитивно понятным, и его результаты сложно предсказать без поддержки симулятора.

Симулятор позволяет точно настраивать параметры рецепта для достижения желаемого результата.

Он эффективно снижает необходимость в обширных испытаниях и исследованиях новых процессов.