Nitrasyon Nedir ?

Nitrasyon Nedir ? Nasıl Yapılır ?

Nitrasyon ya da nitrürleme işlemi olarak anılan proses bir yüzey işlemidir. Temel amacı, düşük karbon içeriğine sahip bir çeliğin yüzeyinin azot yayındırma ile sertleştirilmesidir. Genellikle, nitrür oluşturabilen alaşım elementleri bulunduran çeliklere uygulanmaktadır. Her ne kadar azot, demir ile bileşik oluşturabilse de, en verimli sonuç azotun alüminyum, molibden ve krom ile bileşik oluşturması ile alınır.

Nitrasyon işlemi düşük sıcaklıkta yapılan bir işlemdir. Genellikle 500 – 510 °C sıcaklığında ve 50 – 100 saat aralığında bir işlem ile yüzeye azot yayındırma işlemi sağlanır. Bu süreç uzun bir tavlama işlemidir ve çok dikkatli olunması gerekmektedir. Çünkü uzun süre bu sıcaklıklarda tutulan çeliklerde meydana gelebilecek yapı değişikliklerinin önüne geçilmelidir. Ayrıca yüksek sıcaklıklara çıkılmamalıdır. Çünkü, bu işlemde yüksek sıcaklıklara çıkılır ise nitrasyon başarısız olur.

Nitrasyon işleminde azotun çelik içerisindeki yayınma hızı düşük olduğu için tavlama süreleri çok uzundur. Örnek olarak yaklaşık 20 saatlik bir tavlamada, çelik yüzeyinde 3 – 4 mm kalınlığında bir nitrür tabakası meydana gelir. Kaplama kalınlığını arttırmak için tavlama süresinin de arttırılması gerekmektedir. Burada dikkat edilmesi gereken konu, azotun yayındırılma hızının arttırılması için yüksek sıcaklıklara çıkılmaması gerektiğidir. İlerleyen paragraflarda anlatacağımız üzere, yüksek sıcaklıklar, nitrasyon işleminde gevrek bir beyaz tabaka oluşumuna neden olmaktadır.

Nitrasyon Yapısının Özellikleri

Nitrasyon ile çelik yüzeyinde oluşan nitrür tabakası, sertliği çok yüksek bir tabakadır. Bu da tıpkı sementasyon işleminde olduğu gibi yüzeyin aşınmaya karşı dayanıklılık istendiği durumlarda kullanılmaktadır. Nitrürleme işleminin bir diğer sağladığı fayda ise, korozyon dayanımının arttırılmasıdır. Çünkü yüzeyde meydana gelen nitrür tabakası çeliği korumaktadır. En dış katmanda oluşan tabakanın rengi beyazdır. Bu beyaz renk Fe4N tabakasıdır.

Nitrasyon İşlemi

Nitrasyon Uygulanmış Malzemeler

Oluşan beyaz renkli tabaka genellikle kırılgandı ve pullanma şeklinde dökülme meydana gelebilir. Bu nedenle işlem sırasında çok yüksek sıcaklıklara çıkılmamalıdır. Özellikle östenit fazı bu işlemde istenmemektedir. Çünkü östenit fazı, nitrasyon yönteminde kırılganlık yaratır.

Yapıda en dış katmanda Fe4N denilen kırılgan faz oluşur iken, derinlere inildikçe Fe3N yapısı karşımıza çıkar. Ortamdaki azot miktarına bağlı olarak bu yapıların oranları değiştirilebilmektedir. Fe4N fazı, önceki paragraflarda da bahsettiğimiz gibi sert ve kırılgan olup, Fe3N fazı daha dayanıklıdır.

Nitrürleme işleminin sementasyona göre bir artısı olarak su verme işlemini verebiliriz. Bu işlemde sementasyonda olduğu gibi su verme yapılmaz. Yani yüksek sertlik elde edebilmek için martenzit yapı oluşturmaya gerek yoktur. Meydana gelen sertlik, azotun oluşturduğu nitrür bileşikleri ile sağlanır. Su verme işlemi yapılmadığı için ani soğuma olmaz. Ani soğutma işleminin meydana getirebileceği çatlama ya da çarpılma gibi olumsuzluklar da bu işlemde meydana gelmez.

İşlem Nasıl Yapılır ?

Önceki başlıklarda da bahsettiğimiz gibi genelde düşük sıcaklıklarda ve uzun sürelerde yapılan bu işlemde, ortam kontrollü bir gaz atmosferi, tuz banyoları ya da plazma ortam olabilir. Nitrasyon işleminde gaz atmosferi olarak amonyak gazı kullanılır iken, banyoda ise sodyum siyanür veya potasyum siyanür kullanılmaktadır. Ancak; siyanürün zehirli etkilerinden dolayı işlem sırasında çok dikkat edilmesi gerekmektedir.

İşlem öncesinde, nitrürleme yapılacak parça, yağ, kir, pas ve boya gibi kalıntılardan tamamen temizlenmelidir. Tamamen temizlenme olmaz ise, parça işlem sırasında zarar görebilir. Bir diğer dikkat edilecek konu ise, nitrasyon işlemi öncesinde, nitrürleme sıcaklığına çıkılmasıdır. Bu bir ıslah işlemi olarak nitelendirilebilir. Gerekli diğer hazırlıklar da tamamlandıktan sonra, prosese başlanabilir.

Proses sırasında reaksiyonda oluşan sodyum siyanat NaNCO, ayrıştıktan sonra ortamda azot gazı birikir. Bu gaz belirli bir değeri aştıktan sonra, nitrürleme işlemi yapılmalıdır. Temel prensip yaklaşık 500 – 510 Santigrat derece civarında uzun sürelerde beklemektir. Azot atomları, demir atomlarından ufak olduğu için sıcaklık ve zamanın da etkisi ile çelik içerisine yayınmaktadır. İşlem tamamlandıktan sonra, proses sonunda ilave bir su verme gibi işleme gerek kalmadan sert bir yüzey elde edilmiş olur.

Sementasyon yazımızdan hatırlayacağınız üzere, siyanür banyoları hem azot hem de karbon verme özelliklerine sahiptir. Sisteme verilen azot ya da karbon miktarlar ayarlanarak hem sementasyon hem de nitrasyon işlemi ayrı ayrı yapılabilmektedir. Bu yöntemin bir diğer özelliği ise, her iki element de sisteme verilerek karbonitrasyon denilen bir işlem de yapılmaktadır.

Ancak; karbonitrasyon işlemi biraz daha yüksek sıcaklıklarda yapılmaktadır. ( Yaklaşık 900 Santigrat Derece ). Bu yöntemde işin içerisine karbon atomları da girdiği için su verme işlemi de akabinde yapılmalıdır.

Konu ile ilgili Wikipedia makalesi için bu bağlantıyı inceleyebilirsiniz. Ayrıca ASM ‘de yayınlanan nitrürleme makalesi için de bu bağlantı işinize fazlası ile yarayacaktır.

Nitrasyon Prosesinin Avantaj ve Dezavantajları


Önceki bölümde bahsettiğimiz gibi, nitrürleme işleminde 3 farklı yol kullanılmaktadır. Bunlar ;

  • Gaz Ortam
  • Tuz Banyosu
  • Plazma

Bu yöntemlerin avantaj ve dezavantajları aşağıdaki gibidir ;

  • Gaz ortamında yapılan işlemde, büyük parçaların kaplanmasına olanak sağlanması ve bilgisayar destekli programlar ile işlemlerin daha hızlı yapılması avantaj sayılmaktadır. Ayrıca, plazma yöntemine göre ilk yatırım ve işletme maliyeti de düşüktür.
  • Gaz ortamında yapılan nitrasyon işleminde amonyak kullanılması zararlı olabilmektedir. Normalde zehirleyici etkisi küçük miktarlarda problem olmaz iken, miktar arttığında sağlık açısından riskli durumlar oluşabilir. Dikkat edilmelidir. Ayrıca oksijen varlığında yüksek sıcaklıklara çıkılması da patlamalara neden olabilmektedir.
  • Tuz banyolarına baktığımızda ise, avantajlı diğer yöntemlere göre avantajlı yanı, hızlı ve kolay bir yöntem olmasıdır. Dezavantajı ise, yüksek miktarda zehirleyici tuzlar kullanılmasıdır. Yine sağlık açısından risk taşıyan durumlar söz konusudur.
  • Plazma yöntemine bakıldığında ise, ilk yatırım maliyeti ve işletme maliyeti diğer yöntemlere göre fazla olduğu görülmektedir. Bu da maliyet açısından bir dezavantaj olarak karşımıza çıkar.

Plazma nitrürleme prosesi ile ilgili faydalı bir video için bu bağlantıyı izleyebilirsiniz.

Yorum Yaz