Nitrasyon işlemi gaz nitrürleme fırınlarında 480 – 540°C arasında yapılan yüzey işlem sürecidir. Nitrasyon, ağırlıklı olarak alaşım bakımından zengin çeliklere uygulanan yüzey işlem süreci olarak tanımlanır. Her malzemenin nitrasyon yeteneği bulunur. Nitrasyon bazı çeliklerde korozyon dayanımı ve yorulma direncini artırır.
Nitrasyon çeliğe difüzyon aracılığıyla azot verme işlemidir. Azot elementinin çelik yüzeyine difüzyonuyla beraber malzemenin yüzeyinde sert bir tabaka meydana gelir. Nitrasyon işlemi 350 -580 santigrat derece arası sıcaklıklarda azotun atomik kısmının ferrit gaza geçişini tanımlamaktadır. Oda sıcaklığında yapılan soğutma işlemi esnasında faz dönüşümü meydana gelmemektedir. Azotun yapıya girmesinden sonra soğurken demir nitrürler ve çelikte yer alan diğer elementlerle alaşım nitrürleri meydana getirerek çökelme yaşayabilirler.
Ferritik fazda gerçekleşen bir ısıl işlem olmasıyla bilinen nitrürleme işleminin faydası ölçüsel değişiklikler ve deformasyonların en aza indirildiği bir ısıl işlem yöntemi olmasıdır. Ayrıca bazı çelik çeşitlerinde çok yüksek yüzey sertliklerine ve aşınma dayanımına ulaşılabilmektedir.
Nitrasyon Nasıl Gerçekleşir?
Nitrürlenmiş maddelerin yüzeyi üç bölüme ayrılabilmektedir. En üstte azot içeriği en fazla bulunan beyaz tabaka, onun alt kısmında difüzyon tabakası ve en alt kısımda ise çekirdek bölgesi yer alır. Nitrürleme işleminde azotun çeliğe etki ettiği en üst yüzey tabakası azotun en yüksek oranda yer aldığı bölgedir. Metalurjik mikroskopta nital ile dağlandığı takdirde beyaz bir tabaka görülür. Bu tabaka kırılgan ve gevrek bir yapıya sahiptir. Birçok uygulamada sınırlandırılmak istenir.
Yüzeyden iç kısma gelindiğinde azot yüzdesinde azalma söz konusu olur. Mikroskop altındaki beyaz görüntünün yerini normal iğnesel nitrür görüntüsü yer alır. Çeliğin daha iç kısımlarında ise azotun ulaşmadığı çekirdek bölgesine erişilir. Çekirdek bölgesiyle difüzyon tabakası arasında bir geçiş bölgesi yer alır.
Nitrasyon işlemi sırasında östenit, martenzit ve ferrit dönüşümlerinin oluşması söz konusu değildir. Ayrıca, şok soğutma ve su verme işlemi de gerekmemektedir. Uygulanan tekniğe ve amaçlanan özelliklere ulaşmak gibi değişkenlikler dikkate alınarak 15 dakika ile 120 saat arasında işlem süreleri söz konusu olabilmektedir. Bu değerlerden çok daha uzun işlemlerin yapılabilmesi söz konusudur. Bu sayede nitrasyon işleminin zaman ve sıcaklık faktörleri arttıkça oluşan sertlik derinliğinin de artması sağlanabilmektedir.
Düşük nitrürleme sıcaklıklarında difüzyon oldukça yavaş şekilde gerçekleşir. Ayrıca, nitrür ayrışmaları çok ince meydana gelmektedir. İnce ayrışmalar nitrür tabakasına çok yüksek sertlik kazandırmaktadır. Yüksek nitrürleme sıcaklıkları tercih edildiğinde ise eşit sürede daha fazla derinliğe ulaşılabilmesi söz konusudur. Ancak bu durumda sertlikte azalma söz konusu olabilmektedir.
Nitrasyon Hangi Malzemelere Uygulanabilir?
Nitrasyon işlemi bütün demir esaslı malzemelere uygulanabilmektedir. Bununla birlikte, alüminyum ve titanyum gibi demir dışı malzemelere de plazma nitrasyon yöntemi sayesinde nitrürleme uygulanabilir. Çelik içerisinde Cr (krom), MO (molibden), Al (alüminyum), V (vanadyum) gibi nitrür meydana getiren alaşım elementleri yer alması, kararlı nitrürler oluşmasını, yüzey sertliğinin de yüksek olmasını sağlamaktadır.
Nitrasyon işlemi farklı ortamlarda yapılabilir. Gaz nitrasyon tuz banyosunda nitrasyon, plazma nitrasyon ülkemizde endüstride sıklıkla kullanılan nitrasyon ortamlarıdır.