Resumen

El proceso de nitruración por plasma produce una capa dura y delgada cerca de la superficie del material nitrurado. El grosor de la capa difusa, producida en el curso de este proceso, es de entre 0,001 y 0,6 mm. El artículo presenta un estudio de la influencia de la temperatura, la presión y el tiempo de nitruración en los perfiles de microdureza del acero. El modelo de difusión transitoria unidimensional se aplica a una fina capa nitrurada. Esto permite predecir la distribución de la dureza del material dentro de la capa cercana a la superficie en función del tiempo para un coeficiente de difusión de nitrógeno modificado. Se considera la dependencia de la temperatura y la presión del coeficiente de difusión. Por lo tanto, el modelo implica las tasas de reacción de la formación de los nitruros. La solución obtenida de esta manera se compara con los datos experimentales para una disminución de la dureza en función de la profundidad y el tiempo, hasta que se alcanza la dureza del núcleo.

1. Introducción

La nitruración por plasma es un tratamiento relacionado con la difusión con el objetivo de aumentar la dureza de la superficie del acero. La nitruración, como proceso de acción química del nitrógeno gaseoso, provoca una creación de nitruros en la capa superficial del material. La tecnología de nitruración se utiliza ampliamente para aumentar la dureza superficial, la resistencia a la fatiga, así como la protección contra la corrosión. El espesor y la composición de una capa superficial vienen dados por el curso de la difusión del nitrógeno en la microestructura de un material nitrurado y por el sistema de reacciones químicas que se producen durante el proceso de nitruración. El proceso de nitruración se ve afectado por la temperatura, la presión y el tiempo de nitruración.

La difusión molecular se denomina penetración de moléculas o átomos en un material debido a un gradiente de concentración molar c. La difusión en estado inestable describe la segunda ley de difusión de Fick que determina la distribución de la concentración durante la difusión transitoria en la forma

Fórmula      (1)

donde D es el coeficiente de difusión que expresa la capacidad de las partículas para difundirse en el material. Este coeficiente es una función de la temperatura y la presión.

La integración de esta ecuación con respecto a las condiciones iniciales y de frontera se utiliza para determinar la distribución de la concentración dentro de un material. Existen numerosas soluciones analíticas de la Ec. (1) para la difusión unidimensional dependiente del tiempo. Tales soluciones están dadas por Crank [1] y Carslaw y Jaeger [2].

La solución prácticamente importante para la difusión es a través de un sólido semi infinito con una concentración superficial constante. Condiciones límites: para τ = 0, c = c₀ y para τ > 0, c = c_s en x = 0 y c = c₀ en x = ∞ (ver Fig. 1). La aplicación de estas condiciones límite para una superficie plana da como resultado la solución

• Materias:Propiedades mecánicas Acero
• Subjects:Mechanical properties Steel
• Palabras claves:Difusión, nitruración, dureza superficial, función logística
• Keywords:Diffusion, nitriding, surface hardness, logistic function