Tuz banyosunda nitrürleme

Tuz banyosunda nitrürleme (sıvı nitrürleme) 510o

C ile 580^oC arasında

gerçekleĢtirilir. Sıvı nitrürleme iĢlemi yaygın olarak çeĢitli karbonlu çeliklere, düĢük alaĢımlı çeliklere, takım çeliklerine, paslanmaz çeliklere ve dökme demirlere

uygulanır. Sıvı nitrürlemede parça boyutlarında değiĢim olmadığından iĢlenmesi tamamlanmıĢ parçalara uygulanabilir. Sıvı nitrürleme iĢlemi özellikle yüzeyin aĢınma direncinin geliĢtirilmesi ve yorulma dayanımı sınırının arttırılması için uygulanır. Birçok çelikte de korozyon direncini arttırmada kullanılır. Bu nitrürleme yöntemi kalın kaplama tabakası ve sertleĢtirilmiĢ altlık istenen uygulamalar için uygun değildir. Fakat, sıvı nitrürleme iĢlemi diğer ısıl iĢlem uygulamalarının yerini ekonomiklik ve performans yönüyle baĢarılı bir Ģekilde alabilir. Genellikle sıvı nitrürleme ile gaz nitrürlemenin kullanımı benzerdir. Her iki iĢlem de aynı avantajları sağlarlar. Bunlar;

 AĢınma direncinin geliĢtirilmesi,

 Yorulma direncinin arttırılması ve

 Yüksek sıcaklıklarda ısıl iĢlemin uygulanması esnasında diğer kaplama ve

sertleĢtirme iĢlemlerinden daha düĢük seviyede distorsiyon oluĢması, Ģeklinde sıralanabilir.

Sıvı nitrürleme ifadesi, kritik alt sıcaklık değerleri olan farklı erimiĢ tuz banyolarının genel adıdır. ĠĢlemin uygulandığı sıcaklıklarda, kimyasal difüzyonun gerçekleĢmesi neticesinde azotla birlikte çok az miktarda karbonun da difüzyonu ile malzemenin metalurjik yapısı değiĢtirilmiĢ olur. Sıvı nitrürleme ile ilgili banyo ve iĢlemler farklı ticari isimlerle anılsa da Tablo 2.5‟de temel nitrürleme iĢlemleri verilmektedir.

Tablo 2.5. Sıvı nitrürleme ortamları [22]

Yöntemin tanımı BileĢimin iĢlem sırası ^Kimyasal _yapı ^Önerilen soğutma

Ģekli ĠĢlem sıcaklığı (^oC) Hava akımlı siyanür-siyanat

Sodyum siyanür (NaCN),

Potasyum siyanür (KCN),

Sodyum siyanat (NaCNO)

Güçlü indirgeyici Suda veya yağda soğutma 570 Tuz kaplama

Potasyum siyanür veya sodyum siyanür, sodyum siyanat veya potasyum siyanat Güçlü indirgeyici Suda veya yağda soğutma 510 – 650

Basınçlı nitrürleme ^{Sodyum siyanür, sodyum siyanat} _indirgeyici ^Güçlü _soğutma ^Havada 525 – 565

YenilenmiĢ siyanat-karbonat

Tip A:Potasyum siyanat

(KCNO), Potasyum karbonat

(K₂CO₃) Hafif oksitleyici Suda, yağda veya tuzda soğutma 580

Tip B:Potasyum siyanat,

potasyum karbonat, 1-10 ppm kükürt. Hafif oksitleyici Suda, yağda veya tuzda soğutma 540 – 575

Ticari olarak kullanılan sıvı nitrürleme banyoları sodyum ve potasyum tuzlarının karıĢımlarından oluĢurlar. Sodyum tuzları, ağırlık olarak karĢımın % 60 ile % 70‟ini oluĢturur. Ġçerik olarak %96,5 sodyum siyanür (NaCN), % 2,5 sodyum karbonat (Na2CO3) ve % 0,5 sodyum siyanattan (NaCNO) oluĢur. Potasyum tuzları, ağırlık olarak karıĢımın % 30 ile % 40‟ını oluĢturur. Ġçerik olarak % 96 potasyum siyanür

(KCN), % 0,6 potasyum karbonat (K2CO3), % 0,75 potasyum siyanat (KCNO) ve %

0,5 potasyum klorürden (KCl) oluĢur.

Bu tuz banyolarında iĢlem sıcaklığı 565 oC‟dir ve çeĢitli yüksek hız çelikleri ile Al içeren düĢük alaĢımlı çeliklerden yapılan takım çeliklerinin nitrürlenmesinde yaygın olarak kullanılmaktadır. Takım çeliklerinin nitrürlenmesinde kullanılan diğer tuz banyosu bileĢimi örnekleri Tablo 2.6‟da verilmektedir.

Tablo 2.6. Takım çeliklerinin nitrürlenmesinde kullanılan tuz banyoları [22]

BileĢen Miktar

(% ,en fazla)

BileĢen Miktar (%)

NaCN 30 NaCN 60

Na₂CO₃ veya K₂CO₃ 25 K₂CO₃ 15

Diğer aktif malzmeler 4 KCl 24

Nem 2 Nem 1

KCl 39

Sıvı nitrürlemede kullanılan diğer teknikler ise basınçlı sıvı nitrürleme ve hava akımlı banyo nitrürlemedir. Basınçlı sıvı nitrürleme iĢlemi, 7 KPa ile 205 KPa basınç altında yapılmakta ve kullanılan banyo sodyum siyanür ve diğer tuzlardan oluĢulmaktadır. Hava akımlı nitrürleme iĢlemi, erimiĢ banyo içerisine hava pompalanmasıyla gerçekleĢtirilir. Hava giriĢinin baĢlamasıyla banyonun çalkalanması ve kimyasal aktivitelerin hızlandırılması sağlanır [22].

2.5.3.1. Tuffride yöntemi

Alman “Degussa“ firmasının geliĢtirmiĢ olduğu ve Ti alaĢımlı potalar kullanılarak yapılan nitrürleme yöntemdir. Bu yönteme göre; Ti alaĢımlı pota içerisindeki tuz karıĢımına hava enjekte edilerek banyo homojenliği sağlanmıĢ olur ve aktivitenin

artırılmasıyla da nitrürleme yapılmıĢ olur. Bu yöntem krank milleri, pompalar ve diĢlilerin yorulma dayanımını artıran ve aĢınma direncinde geliĢim sağlayan ticari bir nitrokarbürleme iĢlemidir. Bu yöntem alkali metal siyanürler veya siyanatlar içeren tuz banyosunda bileĢenlerin yaklaĢık 570C‟ de ısıtılmasından ibarettir. Yöntemin önemli özelliklerinden birisi beyaz tabaka ya da bileĢik tabaka kalınlığının diğer tuz banyosunda nitrürleme yöntemlerine göre daha hızlı oluĢmasıdır. Tuffride tuz banyosunda yapılan nitrürleme sonrasında malzemenin sertliği, aĢınma mukavemeti, korozyon direnci yanında çekme mukavemeti de artmaktadır [26].

2.5.3.2. Sursulf yöntemi

Sursulf yöntemi, aĢınma ve sarma problemlerini önlemek için tuz banyosunda yapılan nitrürleme iĢlemidir. Yöntemin özelliği, banyonun aktif kükürt içermesi nedeniyle nitrürleme zamanının kısaltılması ve nitrür tabakasına porozite kontrolü getirmesidir. Ayrıca bu banyonun çevre kirletici özelliği de yoktur. Tüm tuz banyosundaki nitrürleme iĢlemleri ile bazı nitrokarbürleme ve sementasyon iĢlemleri yerine de kullanılabilir. AlaĢımlı ve alaĢımsız çelikler, bazıları hariç paslanmaz çelikler, dökme demirler gibi 570C‟ de ısıtılmaları ile mekanik özelliklerinde bozulma olmayan çelik ve dökme demirlere uygulanabilmektedir. Sursulf yönteminin özelliği, siyanat ve karbonatlara ilave olarak banyonun lityum tuzları ve kükürt bileĢikleri ihtiva etmesidir. Bu nedenle banyoyu oluĢturmak için üç ayrı özellikte tuz gerekmektedir. Bu tuzlar;

 Alkali siyanatlar ve karbonatlardan oluĢan CR4 denilen temel tuz,

 Banyoda sabit bir nitrürleme potansiyeli sağlayan ve organiklerden oluĢan CR2 denilen rejenere edici tuz ve

 Banyonun kimyasal özelliklerini ve parçanın metalurjik özelliklerini koruyan

potasyum sülfitdir.

Sursulf yöntemi nitrürlenen parçaların aĢınma, yorulma ve kavitasyon dirençlerini arttırır. Ayrıca banyodaki kükürt oranına bağlı olarak düĢük kükürtlü sursulf banyosunda nitrürlenen parçaların korozyon dirençleri de yüksek olur. Çünkü banyodaki aktif kükürt miktarı parçanın korozyon direnci ile ters iliĢkilidir [40].

2.5.3.3. Sulfinuz yöntemi

Bu yöntemde banyodaki NaCN ve NaCNO‟dan baĢka aktif olarak Na2S‟de (sodyum

sülfür ) bulunur. Klasik olarak yapılan tuz banyosundaki nitrasyon iĢleminde, azot ve karbon çelik yüzeyi tarafından absorblanır. Sulfinuz iĢleminde ise kükürdün mevcudiyeti, nitrürlenmiĢ tabakanın sürtünmeye karĢı direncini daha da artırır. Böylece sürtünmeye karĢı mükemmel direnç elde edilmiĢ olur. Bazı hallerde de, sulfinuz iĢlemi çelik yüzeyinde 0,005 mm‟lik bir kayba neden olabilir. Ayrıca çelik parçalarının dıĢ yüzeylerinde de çok ince, yüksek kükürtlü bir tabaka da oluĢabilir. Tuz banyosunda yapılan nitrürleme iĢlemi sonrası normal olarak taĢlama iĢlemi yapılmamalıdır.

Tuffride veya sulfinuz iĢlemi sonrası en iyi yüzey, çelik parçaların ılık su ile soğutulması halinde elde edilir. Bu Ģekilde hızlı bir soğutma ile -demiri azotça aĢırı doymuĢ bir katı eriyik haline getirir. Bu katı eriyik de nitrürlemenin bir karakteristiği olan yorulma mukavemetine bir artıĢ sağlar. Bununla beraber aĢırı doymuĢ -katı eriyiğinin oluĢması esnasında meydana gelen iç gerilmelerde tokluğu azaltır [40].