Nitruración

David Vilela Freire

La nitruración es un tratamiento térmico empleado para el endurecimiento superficial de ciertas piezas, principalmente aceros. Es especialmente recomendable para aceros aleados con cromo, vanadio, aluminio, wolframio y molibdeno, ya que forman nitruros estables a la temperatura de tratamiento. Son estos nitruros los que proporcionan la dureza buscada.

Durante la nitruración, la pieza sometida ve aumentada su dureza superficial mediante el aporte de nitrógeno a la misma en una atmósfera nitrurante, principalmente compuesta de vapores de amoníaco descompuesto en nitrógeno e hidrógeno. En esta descomposición, el nitrógeno, más denso que el hidrógeno, se desplaza hacia la zona inferior de la cámara, entrando en contacto con la pieza y formando nitruros de hierro (compuesto duro y frágil) en su superficie.

La penetración de este tratamiento es sumamente lenta, del orden de un milímetro de espesor por cada 100 horas de duración, aunque después de esto la pieza no precisará de temple.

Este tratamiento se realiza generalmente en hornos eléctricos a temperaturas del orden de los 500ºC, por cuya cámara circula el gas de amoníaco. Tanto la temperatura como la concentración del gas en amoníaco debe mantenerse constante durante todo el proceso. Además, en caso de existir alguna parte de la pieza que no se desee nitrurar, se introducen dichas partes en una solución de estaño y plomo al 50%, que evitará que la atmósfera de nitrógeno les afecte.

La preparación previa al proceso consistirá en la limpieza de la pieza mediante, por ejemplo, ultrasonidos en un baño de alcohol. También se purgará la atmósfera del horno durante su calentamiento, haciendo circular un caudal de nitrógeno con un volumen igual a 100 veces el volumen del horno. Así, se asegura la eliminación de la humedad absorbida en el tubo de cerámica y, si se introduce la muestra en el horno durante la fase de calentamiento, pero fuera de la zona caliente, se aprovechará dicho caudal para eliminar también la posible humedad existente en ella. Para la mejor manipulación de la muestra, se introducirá previamente en una naveta de aluminio. Cuando el horno alcance la temperatura de tratamiento, se mueve la pieza a la zona caliente evitando la contaminación de la atmósfera del horno, y se procede a la aplicación del tratamiento.

Una vez se haya aplicado el tratamiento completo, el enfriamiento se hará siempre bajo una atmósfera controlada para evitar la contaminación superficial u oxidación de la pieza.

Existen otras maneras de nitrurar una pieza. Un ejemplo de ello es la nitruración líquida, que se emplea en el rango de temperaturas entre 815 y 850oC.

La nitruración líquida se realiza en un baño de sales fundidas compuesto de una mezcla típica de sales de sodio y potasio. Las sales de sodio, que representan 60 a 70% (en peso) de la

mezcla total, están compuestas por 96.5% de NaCN, 2.5% de Na2CO3 y 0.5% de NaCNO. Las sales de potasio, 30 a 40% (en peso) de la mezcla, consisten de 96% de KCN, 0.6% de K2CO3, 0.75% de KCNO y 0.5% de KCl. El contenido de cianuro en todos los baños de nitruración es responsable de acción nitrificadora y la relación de cianuro a cianato es fundamental.

Los baños con contenido de cianuro usados pasan por un proceso de envejecimiento que genera productos de oxidación indeseables. El envejecimiento reduce el contenido de cianuro del baño e incrementa el contenido de cianato y carbonato.

Otro método es la plasma-nitruración, en donde el sustrato se conecta como cátodo y es expuesto a altas temperaturas a un plasma de nitrógeno/hidrógeno. Con esto al comienzo se quitan óxidos e impurezas superficiales y después los iones de nitrógeno se integran en la estructura del metal cerca de la superficie, obteniéndose como resultado un aumento en la dureza de la superficie. Adicionalmente en muchos casos se mejora las propiedades de deslizamiento y la resistencia a la corrosión. Además e aceros también se pueden plasma-nitrurar el titanio y el aluminio. También se denomina nitrurado luminscente.

Generalmente, la nitruración se aplica a piezas que vayan a sufrir grandes cargas y fatiga, como pistas de rodamientos o camisas de cilindros, por ello se buscará la mayor dureza superficial posible pero también un núcleo con cierta plasticidad. Es por culpa de esta resistencia que las piezas son mecanizadas, templadas y revenidas antes de ser sometidas a la nitruración.

En cuanto a la aptitud de una aleación para ser nitrurada, tenemos que el tratamiento es aplicable a aleaciones con una concentración de aluminio de aproximadamente 1% en peso (estos aceros aleados nitrurados se llaman Nitralloy), aceros inoxidables, aceros al cromo-níquel y algunas fundiciones al aluminio o cromo. No emplearemos el tratamiento en aceros al carbono, ya que la penetración es rápida y puede provocar el desprendimiento de la capa nitrurada.

La nitruración es, en general, uno de los tratamientos de endurecimiento superficial más baratos y que menos equipamiento requiere.

Fuentes:

- www.wikipedia.org

- www.tesisenxarxa.net

- www.cepis.ops-oms.org