La nitruración es un proceso de la ingeniería de materiales y se refiere al enriquecimiento de materiales metálicos con nitrógeno. Similar a la carburación, esto puede hacerse específicamente mediante tratamiento térmico del aceroo involuntariamente como una forma de corrosión a alta temperatura.
La nitruración selectiva de un acero en el curso de un tratamiento térmico también se conoce como nitruración. En este proceso los aceros se exponen a una atmósfera de nitrógeno a elevadas temperaturas en un horno de endurecimiento. Las temperaturas de recocido suelen estar entre 500 y 590 grados centígrados. El gas amoníaco es el principal medio de nitruración utilizado en la nitruración de gases. La nitruración también se lleva a cabo en fundiciones de sal líquida, la llamada nitruración en baño, o en forma de nitruración en plasma. En la nitruración por plasma, una mezcla de nitrógeno e hidrógeno se ioniza en un horno de vacío. Esto significa que se añade tanta energía a la mezcla de gases que los electrones son expulsados de las capas atómicas. Dado que el plasma tiene un efecto energético extremadamente alto, la temperatura durante la nitruración por plasma puede reducirse significativamente en comparación con otros procesos. La temperatura de trabajo para la nitruración por plasma está, por lo tanto, en el rango de unos 350 a 590 °C.
Independientemente del medio de nitruración, el nitrógeno penetra en el borde de las piezas por difusión y se combina con los elementosde aleación del acero. Esto da como resultado capas de bordes muy duras y resistentes al desgaste, mientras que el núcleo de la pieza de trabajo sigue teniendo una gran dureza, es decir. ductilidad. Debido a la combinación de una superficie dura y un núcleo blando, los aceros nitrurados tienen una resistencia muy alta a las cargas dinámicas y por lo tanto tienen una larga vida útil. Esto se utiliza, por ejemplo, para engranajes, árboles de levas o herramientas.
Tanto la nitruración como la cementación, que es una forma de carburación, son procesos de tratamiento térmico para producir una capa superficial dura. La ventaja de la nitruración es la menor temperatura de trabajo de este proceso. Como resultado, las deformaciones de la pieza de trabajo causadas por la temperatura son menores que en caso de endurecimiento. Sin embargo, la desventaja de la nitruración es que el grosor de la capa superficial producida es menor y la formación de las capas de nitruración no puede ser controlada con tanta precisión. Para influir en la capa superficial, las piezas de trabajo también pueden ser recocidas en una mezcla de gas de nitrógeno y carbono. Este proceso se llama carbonitruración.
La nitruración también puede ocurrir como un efecto indeseable en la corrosión a alta temperatura de los componentes en las atmósferas que contienen nitrógeno a altas temperaturas. Los materiales que se utilizan en los gases de combustión de nitrógeno o en la síntesis de amoníaco y la producción de melamina se ven particularmente afectados. Dependiendo de la temperatura, la composición del gas y la composición del material, el nitrógeno puede entrar en el metal por difusión. Se hace una distinción entre la nitruración interna y el caso bastante raro de la formación de la capa superior de nitruros. La formación de capas superiores de nitruro se produce, por ejemplo, en aceros con un alto contenido de cromo en el gas de amoníaco puro a temperaturas superiores a unos 300 °C. En el proceso, se forman capas superiores de nitruro de cromo en la superficie del material, que pueden desprenderse fácilmente bajo tensión mecánica o térmica. La constante formación de nuevas capas de nitruro de cromo conduce a una fuerte remoción de material y al daño asociado. La nitruración interna más frecuente hace que el nitrógeno se difunda en el interior del material, donde provoca un cambio estructural en el metal. Esto puede conducir a la fragilización del material y, posteriormente, a daños en los componentes y el equipo.
El bordado involuntario de los materiales en uso debe evitarse mediante una selección selectiva de materiales para asegurar la durabilidad de las máquinas y plantas. Es necesario utilizar materialesde alta temperatura con mayor resistencia al bordado. La resistencia a la corrosión a alta temperatura puede mejorarse aún más mediante una capa adicional de protección contra la corrosión a alta temperatura, si es necesario. Las medidas específicas de aleación pueden prevenir el daño a los materiales de alta temperatura y así aumentar la eficiencia energética de las plantas.
nitriding