Ion nitriding using active screen method

Nitruración iónica mediante el método de pantalla activa

El acero austenítico de grado 304 según AISI se sometió a ensayo después de la nitruración iónica en el intervalo de temperatura 325 - 400 °C y el intervalo de tiempo 2 - 4 h, y después de dos variantes diferentes de disposición de las muestras en una cámara de descarga luminosa. La primera variante - las muestras destinadas a la nitruración se colocaron sobre el cátodo, la segunda variante - las muestras colocadas sobre el cátodo se protegieron con una pantalla activa. Para evaluar la eficacia de las variantes del proceso de nitruración, se realizaron investigaciones de la profundidad de difusión de las capas superficiales obtenidas, pruebas de dureza superficial y pruebas de desgaste tribológico. Se comprobó que el uso de pantallas activas aumenta la velocidad de difusión del nitrógeno en el acero austenítico 304 nitrurado, aumentando así el espesor de las capas superficiales resultantes.

INTRODUCCIÓN

Los aceros austeníticos al cromo-níquel, gracias a su buena resistencia a la corrosión, durabilidad y fácil conformabilidad, han encontrado aplicaciones en muchas ramas de la industria. Una de las muchas aplicaciones en las que se utilizan es la industria biomédica [1-2].

La nitruración de aceros con alto contenido en cromo encuentra muchas dificultades debido a la existencia de una película hermética de óxidos de cromo en su superficie, que obstruye o impide el proceso de nitruración. En la práctica, esta dificultad se elimina mediante tratamientos superficiales preliminares, como el grabado y la fosfatación, o introduciendo aditivos como cloruro amónico o HCl en la cámara de reacción o utilizando tratamientos como el iónico o el de plasma y como resultado de la utilización de la pulverización catódica pre-preliminar en condiciones de descarga luminosa [3].

La nitruración iónica con pantalla activa permite la formación de una capa nitrurada de mayor espesor en comparación con la nitruración catódica, y con las propiedades funcionales esperadas. El desarrollo de esta tecnología debe avanzar hacia la reducción de la temperatura y el tiempo del proceso de nitruración [4].

MATERIAL Y METODOLOGÍA DE INVESTIGACIÓN

Se sometió al proceso de nitruración iónica uno de los aceros al cromo-níquel más utilizados, concretamente el acero grado 304 según AISI (X5CrNi18-10 según PN-EN 10088-1:19898). La composición química del acero se muestra en la Tabla 1.

El proceso de nitruración iónica se llevó a cabo en un dispositivo para el tratamiento iónico con un ánodo JON-600 refrigerado, aplicando los siguientes parámetros de nitruración en plasma de hidrógeno-nitrógeno: presión de la atmósfera de trabajo p = 150 Pa, composición de la mezcla reactiva H₂ 75 % + N₂ 25 %, intervalo de temperatura T = 325 - 400 °C, intervalo de tiempo t = 2 - 4 h.

Se utilizaron dos variantes de disposición de las muestras en la cámara de descarga luminiscente del horno: las muestras se colocaron directamente sobre el cátodo y las muestras colocadas sobre el cátodo se cubrieron adicionalmente con una pantalla activa hecha de una chapa de acero austenítico perforada.