CA1259551A - Procede de traitement thermique pour la realisation de pieces en acier resistant a la corrosion - Google Patents
Procede de traitement thermique pour la realisation de pieces en acier resistant a la corrosionInfo
- Publication number
- CA1259551A CA1259551A CA000520012A CA520012A CA1259551A CA 1259551 A CA1259551 A CA 1259551A CA 000520012 A CA000520012 A CA 000520012A CA 520012 A CA520012 A CA 520012A CA 1259551 A CA1259551 A CA 1259551A
- Authority
- CA
- Canada
- Prior art keywords
- phase
- atmosphere
- layer
- during
- ammonia
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired
Links
Classifications
-
- C—CHEMISTRY; METALLURGY
- C23—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; CHEMICAL SURFACE TREATMENT; DIFFUSION TREATMENT OF METALLIC MATERIAL; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL; INHIBITING CORROSION OF METALLIC MATERIAL OR INCRUSTATION IN GENERAL
- C23C—COATING METALLIC MATERIAL; COATING MATERIAL WITH METALLIC MATERIAL; SURFACE TREATMENT OF METALLIC MATERIAL BY DIFFUSION INTO THE SURFACE, BY CHEMICAL CONVERSION OR SUBSTITUTION; COATING BY VACUUM EVAPORATION, BY SPUTTERING, BY ION IMPLANTATION OR BY CHEMICAL VAPOUR DEPOSITION, IN GENERAL
- C23C8/00—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals
- C23C8/06—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases
- C23C8/34—Solid state diffusion of only non-metal elements into metallic material surfaces; Chemical surface treatment of metallic material by reaction of the surface with a reactive gas, leaving reaction products of surface material in the coating, e.g. conversion coatings, passivation of metals using gases more than one element being applied in more than one step
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02T—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO TRANSPORTATION
- Y02T50/00—Aeronautics or air transport
- Y02T50/60—Efficient propulsion technologies, e.g. for aircraft
Landscapes
- Chemical & Material Sciences (AREA)
- Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Materials Engineering (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- Metallurgy (AREA)
- Organic Chemistry (AREA)
- Solid-Phase Diffusion Into Metallic Material Surfaces (AREA)
- Heat Treatments In General, Especially Conveying And Cooling (AREA)
Abstract
L'invention concerne un procédé de traitement thermique pour la réalisation de pièces en acier résistant à la corrosion, comportant une première phase au cours de laquelle les pièces, placées dans un four, sont soumises à un traitement de nitruration sous atmosphère gazeuse de manière à produire à la surface des pièces une première couche essentiellement formée de nitrure de fer de type epsilon, suivie d'une seconde phase au cours de laquelle la pièce est soumise à l'action d'une atmosphère oxydante de manière à former au-dessus de la première couche, une seconde couche riche en oxydes à la surface des pièces. Selon l'invention, au cours de la première phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant, en volume, de 20% à 70% d'ammoniac NH3, de 1% à 5% de protoxyde d'azote N2O et de 25% à 79% d'azote N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote ¢NH3! / ¢N2O! dans l'atmosphère injectée étant supérieur à 5 de sorte que l'atmosphère du four n'est pas oxydante et en ce que, au cours de la seconde phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant en volume de 0% à 25% de NH3, de 0% à 5% de N2O et de 70% à 100% de N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote dans l'atmosphère injectée au cours de la seconde phase étant tel que O ? ¢NH3! / ¢N2O! ? 5, le taux de renouvellement de l'atmosphère du four étant compris entre 2 et 5 de sorte que l'atmosphère devient progressivement oxydante. Les pièces en acier ainsi réalisées comportent successivement une couche de nitrure de fer de type epsilon recouvrant le coeur de celles-ci, puis une couche intermédiaire d'oxinitrure de fer d'épaisseur comprise entre environ 2 à 12 microns et enfin une couche superficielle d'oxyde de fer d'épaisseur comprise entre 1 et 7 microns.
Description
12595Sl La présente invention concerne un procédé
de traitement thermique pour la réalisation de pieces en acier résistant a la corrosion, comportant une premiere phase au cours de laquelle la piece est soumise a un traitement de nitruration sous atmosphère gazeuse de manière à produire à la surface des pièces une première couche essentiellement formée de nitrure de fer de type epsilon, puis une seconde phase au cours de laquelle la pièce est soumise à
l'action d'une atmosphère oxydante de manière à
former une seconde couche riche en oxydes à la surface des pièces et recouvrant la premiere couche.
Les traitements de nitruration ou de nitrocarburation sont destinés a accroltre la tenue a la fatique, a l'usure, au grippage et au frottement.
A ce jour, la nitruration ionique, certains des traitements en bains de sels et certains des traite-ments gazeux donne satisfaction au point de vue de l'obtention de couches nitrurées possédant de bonnes propriétés tribologiques.
Depuis peu, les améliorations que l'on s'attache a apporter concernent essentiellement la tenue à la corrosion de pièces nitrurées ou nitro-carburées. Une grande partie d'entre elles sont soumises, pendant leur utilisation, à des tempéra-tures supérieures à la température ambiante - moules de cuisson, moules de verrerie, pièces mécaniques - d'autres à des ambiances liquides plus ou moins corrosives (cas des corps de robinetterie).
Il est connu des brevets européens Nos.
77.627 et 122.762 de réaliser un traitement de nitruration ou nitrocarburation de pièces en acier, suivi d'une phase d'oxydation sous atmosphère gazeuse de manière à recouvrir la pièce d'une couche pro-tectrice d'oxyde.
La phase d'oxydation est réalisée de manière discontinue, après nitruration avec une concentration d'air résiduel et/ou de vapeur d'eau ~2~;9~iSl suffisante pour oxyder les pièces sortant du labora-toire du four à une température de l'ordre de 570C.
Cette phase a en général une durée variable entre S
et 120 secondes. De plus, ce procédé ne permet pas d'obtenir une oxydation correctement contrôlée et reproductible.
Il est également connu du brevet américain No. 4.131.492 de réaliser une nitruration suivie d'une oxydation à l'air en vue de réaliser une couche superficielle d'oxyde sur la pièce d'acier, cette couche d'oxyde étant telle qu'elle s'abrase plus facilement que la chouche nitrurée, ce qui permet de réaliser des articulations ou des engrenages mécani-ques dont les parties complémentaires coopèrent rapidement, à frottement doux. Ce procede présente cependant l'inconvénient de donner des pièces ayant une couche d'oxyde de faible résistance superficielle a l'abrasion, comparée a celle de la couche nitrurée;
cette faible résistance superficielle a l'abrasion résulte d'une adhérence médiocre de la couche oxydée sur la couche nitrurée.
Le brevet fransais No. 2.560.892 décrit un procédé de nitruration ionique de pièces en acier. Ce procédé consiste a créer un plasma gazeux à tres faible pression (quelques Torr) et à réaliser une couche nitrurée sur la pièce puis une couche superfi-cielle d'oxyde.
Ce type de nitruration est très particu-lier. Il s'agit d'un procédé qui est difficilement industrialisable compte tenu de ses caractéristiques (pression faible, pièces placées sur la cathode,...) et qui ne fait généralement pas appel à l'ammoniac comme atmosphère de nitruration. En effet, le plasma créé engendre la décomposition des molécules d'azote en azote atomique responsable de la nitruration. Il suffit donc pour cela d'introduire de l'azote dans l'enceinte pour réaliser cette nitruration, ce qui n'est pas possible en nitruration gazeuse où l'am-55~
moniac est nécessaire à l'obtention d'azote actif. Lephénomène est le même pourl'oxygène responsable de l'oxydation. De plus, on constate que la cinétique de réaction est lente, ce qui n'incite pas l'homme de métier à utillser la technique décrite dans ce brevet.
Le brevet américain No. 2.343.418 décrit un procédé pour fabriquer des hélices d'avion non réfléchissantes en soumettant celles-ci à une nitru-ration, afin de les rendre résistantes à l'abrasion,puis à une oxydation, cette dernière étant réalisée par admission d'air dans le four de traitement.
Le but ~e l'invention est de réaliser par nitruration gazeuse à une pression de l'ordre de la pression atmosphérhque une couche d'oxyde à la surface d'une pièce nitrurée, couche d'oxyde ayant une excellente adhérence sur la pièce en acier qui a ainsi une résistance à l'abrasion tet à la corrosion) améliorée. ' Le procédé selon l'invention est caracté-risé en ce que, au cours de la première phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant, en volume, de 20% à 70% d'ammoniac NH3, de 1% à 5% de protoxyde d'azote N2O et de 25% à 79~ d'azote N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote [NH3] / ~N2O~ dans l'atmosphère injectée étant supérieur à 5 de sorte que l'atmosphère du four n'est pas oxydante et en ce que, au cours de la seconde phase, on injecte dans le four une atmosphère 30 comportant en volume de 0% à 25% de NH3, de 0% à 5%
de N2O et de 70% à 100% de N2, le rapport des concen-trations d'ammoniac et de protoxyde d'azote dans l'atmosphère injectée au cours de la seconde phase, étant tel que O ~ [NH3] / [N2O] ~ 5, le taux de renouvellement de l'atmosphère du four étant compris entre 2 et S de sorte que l'atmosphère devient progressivement oxydante. Les pièces en acier ainsi réalisées comportent successivement une couche de nitrure de fer de type epsilon recouvrant le coeur de celles-ci, puis une couche intermédiaire d'oxynitrute de fer d'épaisseur comprise entre environ 2 à 12 microns et enfin une couche superficielle d'oxyde de fer d'épaisseur comprise entre 1 et 7 microns.
On réalise ainsi successivement une nitru-ration, suivie d'une oxynitruration elle~même suivie d'une oxydation. L'étape d'oxynitruration responsable de la formation de la couche d'oxynitrure de fer (que l'on appellera par la suite "couche grise' compte tenu de sa couleur grise alors que la couche d'oxyde de fer est noire et la couche de nitrure de fer de type epsilon est blanche) résulte du passage progres-sif d'une atmosphère non oxydante a une atmosphere oxydante. Ce passage doit être sufisamment lent (ou le taux de renouvellement de l'atmosphere du four suffisamment faible) pour que cette étape produise son effet, c'est-à-dire la création d'une couche grise d'environ 2 à 12 microns d'épaisseur. Pour chaque atmosphere, l'homme de métier déterminera ce taux de renouvellement, en fonction notamment des autres paramètres bien connus de ce type de procédés (température...). Un taux de renouvellement n de l'atmosphere du four signifie gue l'on renouvelle n fois l'atmosphere du four en 1 heure.
Les couches de nitrures, d'épaisseur généralement comprise entre S microns et 25 microns, et d'oxydes étant constituées grace a une atmosphere nitrurante devenant progressivement oxydante, elles se caractérisent par une évolution continue des structures (nitrure, oxynitrure, oxyde) depuis la couche de diffusion d'azote jusqu'à
la surface des pièces. Ceci a pour conséquence de fournir à la couche d'oxyde, outre une excellente adhérence, une grande régularite et une durete superficielle importante due a la presence d'oxyni-trure ou couche grise. Il en résulte une augmentation sensible à l'usure et à la corrosion.
12S9~S~
Il est connu du brevet américain No.
4.531.984, au nom de la Demanderesse, que le pro-toxyde d'azote, grâce a sa decomposition catalytique sur les pièces metalliques, remplit une fonction d'activateur efficace de decomposition de l'ammoniac en azote et en hydrogène. Or, on a constate qu'au cours de la seconde phase du procédé selon l'inven-tion, le protoxyde d'azote contrairement aux autres agents oxydants connus, remplissait une double fonction:
1) L'oxygène libere lors de sa decomposition cata-lytique (N2O ~N2 + ) ne réagit plus avec l'ammoniac afin d'activer la nitruration mais avec l'hydrogène, provenant du craquage thermique de NH3, pour former de la vapeur d'eau. Ainsi, de par la diminution de la concentratiuon en NH3, la teneur en hydrogène est suffisamment basse pour que le rapport PH2O/PH2 procure à l'atmosphère un caractère oxydant.
de traitement thermique pour la réalisation de pieces en acier résistant a la corrosion, comportant une premiere phase au cours de laquelle la piece est soumise a un traitement de nitruration sous atmosphère gazeuse de manière à produire à la surface des pièces une première couche essentiellement formée de nitrure de fer de type epsilon, puis une seconde phase au cours de laquelle la pièce est soumise à
l'action d'une atmosphère oxydante de manière à
former une seconde couche riche en oxydes à la surface des pièces et recouvrant la premiere couche.
Les traitements de nitruration ou de nitrocarburation sont destinés a accroltre la tenue a la fatique, a l'usure, au grippage et au frottement.
A ce jour, la nitruration ionique, certains des traitements en bains de sels et certains des traite-ments gazeux donne satisfaction au point de vue de l'obtention de couches nitrurées possédant de bonnes propriétés tribologiques.
Depuis peu, les améliorations que l'on s'attache a apporter concernent essentiellement la tenue à la corrosion de pièces nitrurées ou nitro-carburées. Une grande partie d'entre elles sont soumises, pendant leur utilisation, à des tempéra-tures supérieures à la température ambiante - moules de cuisson, moules de verrerie, pièces mécaniques - d'autres à des ambiances liquides plus ou moins corrosives (cas des corps de robinetterie).
Il est connu des brevets européens Nos.
77.627 et 122.762 de réaliser un traitement de nitruration ou nitrocarburation de pièces en acier, suivi d'une phase d'oxydation sous atmosphère gazeuse de manière à recouvrir la pièce d'une couche pro-tectrice d'oxyde.
La phase d'oxydation est réalisée de manière discontinue, après nitruration avec une concentration d'air résiduel et/ou de vapeur d'eau ~2~;9~iSl suffisante pour oxyder les pièces sortant du labora-toire du four à une température de l'ordre de 570C.
Cette phase a en général une durée variable entre S
et 120 secondes. De plus, ce procédé ne permet pas d'obtenir une oxydation correctement contrôlée et reproductible.
Il est également connu du brevet américain No. 4.131.492 de réaliser une nitruration suivie d'une oxydation à l'air en vue de réaliser une couche superficielle d'oxyde sur la pièce d'acier, cette couche d'oxyde étant telle qu'elle s'abrase plus facilement que la chouche nitrurée, ce qui permet de réaliser des articulations ou des engrenages mécani-ques dont les parties complémentaires coopèrent rapidement, à frottement doux. Ce procede présente cependant l'inconvénient de donner des pièces ayant une couche d'oxyde de faible résistance superficielle a l'abrasion, comparée a celle de la couche nitrurée;
cette faible résistance superficielle a l'abrasion résulte d'une adhérence médiocre de la couche oxydée sur la couche nitrurée.
Le brevet fransais No. 2.560.892 décrit un procédé de nitruration ionique de pièces en acier. Ce procédé consiste a créer un plasma gazeux à tres faible pression (quelques Torr) et à réaliser une couche nitrurée sur la pièce puis une couche superfi-cielle d'oxyde.
Ce type de nitruration est très particu-lier. Il s'agit d'un procédé qui est difficilement industrialisable compte tenu de ses caractéristiques (pression faible, pièces placées sur la cathode,...) et qui ne fait généralement pas appel à l'ammoniac comme atmosphère de nitruration. En effet, le plasma créé engendre la décomposition des molécules d'azote en azote atomique responsable de la nitruration. Il suffit donc pour cela d'introduire de l'azote dans l'enceinte pour réaliser cette nitruration, ce qui n'est pas possible en nitruration gazeuse où l'am-55~
moniac est nécessaire à l'obtention d'azote actif. Lephénomène est le même pourl'oxygène responsable de l'oxydation. De plus, on constate que la cinétique de réaction est lente, ce qui n'incite pas l'homme de métier à utillser la technique décrite dans ce brevet.
Le brevet américain No. 2.343.418 décrit un procédé pour fabriquer des hélices d'avion non réfléchissantes en soumettant celles-ci à une nitru-ration, afin de les rendre résistantes à l'abrasion,puis à une oxydation, cette dernière étant réalisée par admission d'air dans le four de traitement.
Le but ~e l'invention est de réaliser par nitruration gazeuse à une pression de l'ordre de la pression atmosphérhque une couche d'oxyde à la surface d'une pièce nitrurée, couche d'oxyde ayant une excellente adhérence sur la pièce en acier qui a ainsi une résistance à l'abrasion tet à la corrosion) améliorée. ' Le procédé selon l'invention est caracté-risé en ce que, au cours de la première phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant, en volume, de 20% à 70% d'ammoniac NH3, de 1% à 5% de protoxyde d'azote N2O et de 25% à 79~ d'azote N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote [NH3] / ~N2O~ dans l'atmosphère injectée étant supérieur à 5 de sorte que l'atmosphère du four n'est pas oxydante et en ce que, au cours de la seconde phase, on injecte dans le four une atmosphère 30 comportant en volume de 0% à 25% de NH3, de 0% à 5%
de N2O et de 70% à 100% de N2, le rapport des concen-trations d'ammoniac et de protoxyde d'azote dans l'atmosphère injectée au cours de la seconde phase, étant tel que O ~ [NH3] / [N2O] ~ 5, le taux de renouvellement de l'atmosphère du four étant compris entre 2 et S de sorte que l'atmosphère devient progressivement oxydante. Les pièces en acier ainsi réalisées comportent successivement une couche de nitrure de fer de type epsilon recouvrant le coeur de celles-ci, puis une couche intermédiaire d'oxynitrute de fer d'épaisseur comprise entre environ 2 à 12 microns et enfin une couche superficielle d'oxyde de fer d'épaisseur comprise entre 1 et 7 microns.
On réalise ainsi successivement une nitru-ration, suivie d'une oxynitruration elle~même suivie d'une oxydation. L'étape d'oxynitruration responsable de la formation de la couche d'oxynitrure de fer (que l'on appellera par la suite "couche grise' compte tenu de sa couleur grise alors que la couche d'oxyde de fer est noire et la couche de nitrure de fer de type epsilon est blanche) résulte du passage progres-sif d'une atmosphère non oxydante a une atmosphere oxydante. Ce passage doit être sufisamment lent (ou le taux de renouvellement de l'atmosphere du four suffisamment faible) pour que cette étape produise son effet, c'est-à-dire la création d'une couche grise d'environ 2 à 12 microns d'épaisseur. Pour chaque atmosphere, l'homme de métier déterminera ce taux de renouvellement, en fonction notamment des autres paramètres bien connus de ce type de procédés (température...). Un taux de renouvellement n de l'atmosphere du four signifie gue l'on renouvelle n fois l'atmosphere du four en 1 heure.
Les couches de nitrures, d'épaisseur généralement comprise entre S microns et 25 microns, et d'oxydes étant constituées grace a une atmosphere nitrurante devenant progressivement oxydante, elles se caractérisent par une évolution continue des structures (nitrure, oxynitrure, oxyde) depuis la couche de diffusion d'azote jusqu'à
la surface des pièces. Ceci a pour conséquence de fournir à la couche d'oxyde, outre une excellente adhérence, une grande régularite et une durete superficielle importante due a la presence d'oxyni-trure ou couche grise. Il en résulte une augmentation sensible à l'usure et à la corrosion.
12S9~S~
Il est connu du brevet américain No.
4.531.984, au nom de la Demanderesse, que le pro-toxyde d'azote, grâce a sa decomposition catalytique sur les pièces metalliques, remplit une fonction d'activateur efficace de decomposition de l'ammoniac en azote et en hydrogène. Or, on a constate qu'au cours de la seconde phase du procédé selon l'inven-tion, le protoxyde d'azote contrairement aux autres agents oxydants connus, remplissait une double fonction:
1) L'oxygène libere lors de sa decomposition cata-lytique (N2O ~N2 + ) ne réagit plus avec l'ammoniac afin d'activer la nitruration mais avec l'hydrogène, provenant du craquage thermique de NH3, pour former de la vapeur d'eau. Ainsi, de par la diminution de la concentratiuon en NH3, la teneur en hydrogène est suffisamment basse pour que le rapport PH2O/PH2 procure à l'atmosphère un caractère oxydant.
2) La décomposition du protoxyde d'azote provoque de façon intrinsèque l'oxydation des pièces compte tenu de la faible teneur en hydrogène de l'atmosphère.
On a ainsi constaté que le protoxyde d'azote comparé aux autres oxydants connus permet, toutes choses égales par ailleurs, de raccourcir la durée du traitement des pièces pour une meme épais-seur des différentes couches de nitrure, d'oxynitrure et d'oxyde à la surface desdites pièces; à titre d'exemple, on reduit la duree du traitement d'au moins 30% par rapport à un traitemnt identique à
l'aide d'anhydride carbonique.
De préférence, la concentration en ammoniac dans le gaz injecté au cours de la seconde phase sera inferieure ou egale à celle de la première phase, tandis que la concentration en protoxyde d'azote dans l'atomosphère au cours de la seconde phase sera supérieure ou égale à celle de la première phase.
12595Sl De préférence, la variation de concentra-tion du protoxyde d'azote et/ou de l'ammoniac sera compensée par une variation corrélative de la concen-tration en azote de l'atmosphère.
La premiere phase a les caractéristiques connues en soi des procédés de nitruration ou de carbo-nitruration, avec des quantités adéquates de protoxyde d'azote (voir pour plus de détails le brevet américain No. 4.531.984).
10Deux variantes préférentielles sont possi-bles pour la seconde phase:
- La seconde phase a une durée d'environ 15 minutes à 60 minutes à une température sensiblement égale à
celle de la première phase.
- La seconde phase s'effectue à une température décroissante, de la temperature de la première phase à une temperature comprise entre 300C et 450C.
Généralement, la seconde phase débute immédiatement après la fin de la première phase. Il i est cependant possible de réaliser d'une part, la couche nitrurée, puis, par exemple, plusieurs jours après, dans un autre four, les couches d'oxynitrure et d'oxyde de la seconde phase.
Selon une autre variante préférentielle de l'invention, au début de la seconde phase, on sup-prime totalement l'injection d'ammoniac dans le four, tandis que de préférence on supprimera également totalement l'injection de gaz oxydant. On obtient ainsi la pièce souhaitée, par simple renouvellement progressif de l'atmosphère injectée dans ledit four.
Le procede selon l'invention s'applique de la même manière aux traitements de nitruration de courte durée tà une température de 560C à 590C) qu'aux traitements de longue durée (à une température de 490C à 550C).
Les exemples suivants illustrent l'inven-tion, sans toutefois la limiter.
..... _ _ . _ . _ . . ... ......... .. . . .. . . .... . . .. ... .. . . .
~.259551 Sur un acier en 35 CD 4, une nitruration est effectuée à 530C, avec un mélange composé de 30%
NH3 - 3% de N2O et 67% de N2.
A la fin du palier de nitruration (15 heures a 530C), l'injection d'ammoniac est arretée a l'instant même ou débute la chute en température.
Lorsque cette derniere atteint la valeur de 480C, un palier de 20 minutes est réalisé a cette température, l'atmosphere injectée dans le four n'étant constituée que d'azote et de protoxyde d'azote. Cette étape une fois achevée, l'introduction ~e N2O est arretée et le refroidissement se poursuit sous azote seul (taux de renouvellement de ~.
Le résultat obtenu est le suivant: l'acier traité comporte une couche de diffusion d'azote dont l'épaisseur varie avec la durée de la nitruration a 530C; cette couche supporte une couche de nitrures (ou couche blanche3, d'une épaisseur de 16 microns, ~ qui supporte elle-même une couche d'oxynitrure d'environ 4 microns, recouverte par une couche d'oxyde Fe3O4 très adhérente dont l'épaisseur, homogene sur toute la surface de la piece ainsi traitée, est de 6 microns.
Sur un acier de nuance 30 CDV 12, une nitruration est effectuée a 490C avec un mélange composé de 35% de NH3 - 3% de N2O et 62% de N2. A la fin du palier de nitruration, les injections d'ammoniac et de N2O sont arrêtées en même temps que débute la phase de refroidissement. L'atmosphere présente. à l'intérieur du four comporte alors -- suffisamment de vapeur d'eau, formée précédemment par la réaction entre l'oxygene issu de N2O et l'hydrogene issu de NH3, pour que la surface de l'acier s'oxyde pendant le refroidissement de 490C a 350 C; on a ainsi créé une couche d'oxynitrure 12595S~
d'environ 4 microns et une couche d'oxyde Fe3O4 d'une épaisseur de 3 microns environ (avec un taux de renouvellement de l'atmosphere de 3 pendant cette seconde phase).
Sur un acier de nuance 35 CD 4, on effectue une nitruration a 530C en injectant dans le four un mélange composé de 30~ de NH3, 3% de N2O et 67~ de N2. A la fin du palier de nitruration (3 heures), on injecte un mélange compose de 5~ de NH3, 3% de N2O et 92% de N2. Un palier de 30 mn est realise a cette meme temperature de 530C. On obtient des pieces comportant une couche de nitrure de 15 microns, une couche d'oxynitrure de 10 microns et une couche d'oxyde de 6 microns (taux de renouvellement de 3).
On a ainsi constaté que le protoxyde d'azote comparé aux autres oxydants connus permet, toutes choses égales par ailleurs, de raccourcir la durée du traitement des pièces pour une meme épais-seur des différentes couches de nitrure, d'oxynitrure et d'oxyde à la surface desdites pièces; à titre d'exemple, on reduit la duree du traitement d'au moins 30% par rapport à un traitemnt identique à
l'aide d'anhydride carbonique.
De préférence, la concentration en ammoniac dans le gaz injecté au cours de la seconde phase sera inferieure ou egale à celle de la première phase, tandis que la concentration en protoxyde d'azote dans l'atomosphère au cours de la seconde phase sera supérieure ou égale à celle de la première phase.
12595Sl De préférence, la variation de concentra-tion du protoxyde d'azote et/ou de l'ammoniac sera compensée par une variation corrélative de la concen-tration en azote de l'atmosphère.
La premiere phase a les caractéristiques connues en soi des procédés de nitruration ou de carbo-nitruration, avec des quantités adéquates de protoxyde d'azote (voir pour plus de détails le brevet américain No. 4.531.984).
10Deux variantes préférentielles sont possi-bles pour la seconde phase:
- La seconde phase a une durée d'environ 15 minutes à 60 minutes à une température sensiblement égale à
celle de la première phase.
- La seconde phase s'effectue à une température décroissante, de la temperature de la première phase à une temperature comprise entre 300C et 450C.
Généralement, la seconde phase débute immédiatement après la fin de la première phase. Il i est cependant possible de réaliser d'une part, la couche nitrurée, puis, par exemple, plusieurs jours après, dans un autre four, les couches d'oxynitrure et d'oxyde de la seconde phase.
Selon une autre variante préférentielle de l'invention, au début de la seconde phase, on sup-prime totalement l'injection d'ammoniac dans le four, tandis que de préférence on supprimera également totalement l'injection de gaz oxydant. On obtient ainsi la pièce souhaitée, par simple renouvellement progressif de l'atmosphère injectée dans ledit four.
Le procede selon l'invention s'applique de la même manière aux traitements de nitruration de courte durée tà une température de 560C à 590C) qu'aux traitements de longue durée (à une température de 490C à 550C).
Les exemples suivants illustrent l'inven-tion, sans toutefois la limiter.
..... _ _ . _ . _ . . ... ......... .. . . .. . . .... . . .. ... .. . . .
~.259551 Sur un acier en 35 CD 4, une nitruration est effectuée à 530C, avec un mélange composé de 30%
NH3 - 3% de N2O et 67% de N2.
A la fin du palier de nitruration (15 heures a 530C), l'injection d'ammoniac est arretée a l'instant même ou débute la chute en température.
Lorsque cette derniere atteint la valeur de 480C, un palier de 20 minutes est réalisé a cette température, l'atmosphere injectée dans le four n'étant constituée que d'azote et de protoxyde d'azote. Cette étape une fois achevée, l'introduction ~e N2O est arretée et le refroidissement se poursuit sous azote seul (taux de renouvellement de ~.
Le résultat obtenu est le suivant: l'acier traité comporte une couche de diffusion d'azote dont l'épaisseur varie avec la durée de la nitruration a 530C; cette couche supporte une couche de nitrures (ou couche blanche3, d'une épaisseur de 16 microns, ~ qui supporte elle-même une couche d'oxynitrure d'environ 4 microns, recouverte par une couche d'oxyde Fe3O4 très adhérente dont l'épaisseur, homogene sur toute la surface de la piece ainsi traitée, est de 6 microns.
Sur un acier de nuance 30 CDV 12, une nitruration est effectuée a 490C avec un mélange composé de 35% de NH3 - 3% de N2O et 62% de N2. A la fin du palier de nitruration, les injections d'ammoniac et de N2O sont arrêtées en même temps que débute la phase de refroidissement. L'atmosphere présente. à l'intérieur du four comporte alors -- suffisamment de vapeur d'eau, formée précédemment par la réaction entre l'oxygene issu de N2O et l'hydrogene issu de NH3, pour que la surface de l'acier s'oxyde pendant le refroidissement de 490C a 350 C; on a ainsi créé une couche d'oxynitrure 12595S~
d'environ 4 microns et une couche d'oxyde Fe3O4 d'une épaisseur de 3 microns environ (avec un taux de renouvellement de l'atmosphere de 3 pendant cette seconde phase).
Sur un acier de nuance 35 CD 4, on effectue une nitruration a 530C en injectant dans le four un mélange composé de 30~ de NH3, 3% de N2O et 67~ de N2. A la fin du palier de nitruration (3 heures), on injecte un mélange compose de 5~ de NH3, 3% de N2O et 92% de N2. Un palier de 30 mn est realise a cette meme temperature de 530C. On obtient des pieces comportant une couche de nitrure de 15 microns, une couche d'oxynitrure de 10 microns et une couche d'oxyde de 6 microns (taux de renouvellement de 3).
Claims (10)
1. Procédé de traitement thermique pour la réalisation de pièces en acier résistant à la corro-sion, comportant une première phase au cours de laquelle les pièces, placées dans un four, sont soumises à un traitement de nitruration sous atmosphère gazeuse de manière à produire à la surface desdites pièces une première couche essentiellement formée de nitrure de fer de type epsilon, suivi d'une seconde phase au cours de laquelle la pièce est soumise à l'action d'une atmosphère oxydante de manière à former au-dessus de la première couche, une seconde couche riche en oxydes à la surface desdites pièces, caractérisé en ce que, au cours de la pre-mière phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant, en volume, de 20% à 70% d'ammoniac NH3, de 1% à 5% de protoxyde d'azote N2O et de 25% à 79%
d'azote N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote [NR3) / [N2O] dans l'atmosphère injectée étant supérieur à 5 de sorte que l'atmosphère du four n'est pas oxydante et en ce que, au cours de la seconde phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant en volume de 0% à 25%
de NH3, de 0% à 5% de N2O et de 70% à 100% de N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote dans l'atmosphère injectée au cours de la seconde phase étant tel que O ?[NH3] / [N2O] ? 5, le taux de renouvellement de l'atmosphère du four étant compris entre 2 et 5 de sorte que l'atmosphère devient progressivement oxydante, les pièces en acier ainsi réalisées comportant successivement une couche de nitrure de fer de type epsilon recouvrant le coeur de celles-ci, puis une couche intermédiaire d'oxyni-trure de fer d'épaisseur comprise entre environ 2 à
12 microns et enfin une couche superficielle d'oxyde de fer d'épaisseur comprise entre 1 et 7 microns.
d'azote N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote [NR3) / [N2O] dans l'atmosphère injectée étant supérieur à 5 de sorte que l'atmosphère du four n'est pas oxydante et en ce que, au cours de la seconde phase, on injecte dans le four une atmosphère comportant en volume de 0% à 25%
de NH3, de 0% à 5% de N2O et de 70% à 100% de N2, le rapport des concentrations d'ammoniac et de protoxyde d'azote dans l'atmosphère injectée au cours de la seconde phase étant tel que O ?[NH3] / [N2O] ? 5, le taux de renouvellement de l'atmosphère du four étant compris entre 2 et 5 de sorte que l'atmosphère devient progressivement oxydante, les pièces en acier ainsi réalisées comportant successivement une couche de nitrure de fer de type epsilon recouvrant le coeur de celles-ci, puis une couche intermédiaire d'oxyni-trure de fer d'épaisseur comprise entre environ 2 à
12 microns et enfin une couche superficielle d'oxyde de fer d'épaisseur comprise entre 1 et 7 microns.
2. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la concentration en ammoniac de l'atmosphère au cours de la seconde phase est infé-rieure ou égale à celle de l'atmosphère au cours de la première phase.
3. Procédé selon les revendications 1 ou 2, caractérisé en ce que la concentration en protoxyde d'azote dans l'atmosphère au cours de la seconde phase est supérieure ou égale à celle de l'atmosphère au cours de la première phase.
4. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la variation de concentration de protoxyde d'azote et/ou de l'ammoniac est compensée par une variation corrélative de la concentration en azote de l'atmosphère.
5. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la seconde phase a une durée d'environ 15 minutes à 60 minutes à une température sensible-ment égale à celle de la première phase.
6. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que la seconde phase s'effectue à une température décroissante, de la température de la première phase à une température comprise entre 300°C
et 450°C.
et 450°C.
7. Procédé selon les revendications 1, 5 ou 6, caractérisé en ce que la seconde phase débute immé-diatement après la fin de la première phase.
8. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce qu'au début de la seconde phase, on supprime totalement l'injection d'ammoniac dans le four.
9. Procédé selon la revendication 8, caracté-risé en ce qu'au début de la seconde phase, on supprime totalement l'injection de protoxyde d'azote dans le four.
10. Procédé selon la revendication 1, caracté-risé en ce que l'atmosphère du four au cours de la première phase comporte également les constituants nécessaires pour permettre de réaliser un traitement de nitrocarburation desdites pièces.
Applications Claiming Priority (2)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| FR8514849A FR2588281B1 (fr) | 1985-10-08 | 1985-10-08 | Procede de traitement thermique pour la realisation de pieces en acier resistant a la corrosion |
| FR8514.849 | 1985-10-08 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CA1259551A true CA1259551A (fr) | 1989-09-19 |
Family
ID=9323605
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CA000520012A Expired CA1259551A (fr) | 1985-10-08 | 1986-10-07 | Procede de traitement thermique pour la realisation de pieces en acier resistant a la corrosion |
Country Status (10)
| Country | Link |
|---|---|
| US (1) | US4702779A (fr) |
| JP (1) | JPH076054B2 (fr) |
| AU (1) | AU577024B2 (fr) |
| BE (1) | BE905567A (fr) |
| CA (1) | CA1259551A (fr) |
| CH (1) | CH668084A5 (fr) |
| ES (1) | ES2002205A6 (fr) |
| FR (1) | FR2588281B1 (fr) |
| IT (1) | IT1197493B (fr) |
| ZA (1) | ZA867618B (fr) |
Families Citing this family (13)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| GB2208658B (en) * | 1987-07-17 | 1992-02-19 | Lucas Ind Plc | Manufacture of corrosion resistant steel components |
| WO1992020833A1 (fr) | 1991-05-17 | 1992-11-26 | Lam Research Corporation | PROCEDE DESTINE A DEPOSER UN FILM SIOx A CONTRAINTE INTRINSEQUE REDUITE ET/OU A TENEUR EN HYDROGENE REDUITE |
| US5244375A (en) * | 1991-12-19 | 1993-09-14 | Formica Technology, Inc. | Plasma ion nitrided stainless steel press plates and applications for same |
| EP0947720B1 (fr) * | 1998-04-01 | 2007-09-12 | Jtekt Corporation | Disque d'embrayage |
| DE10062431A1 (de) * | 2000-12-18 | 2002-06-20 | Continental Teves Ag & Co Ohg | Hydraulischer Kolben sowie Verfahren zu seiner Oberflächenbehandlung |
| GB2383800A (en) * | 2001-07-25 | 2003-07-09 | Nsk Europ Technology Co Ltd | Performance enhancement of steel auxiliary bearing components |
| JP2003129213A (ja) * | 2001-10-16 | 2003-05-08 | Honda Motor Co Ltd | 窒化処理鋼の製造方法 |
| US7556699B2 (en) * | 2004-06-17 | 2009-07-07 | Cooper Clark Vantine | Method of plasma nitriding of metals via nitrogen charging |
| JP2007258468A (ja) * | 2006-03-23 | 2007-10-04 | National Institute Of Advanced Industrial & Technology | 可視光透過半導体素子およびその製造方法 |
| US7622197B2 (en) * | 2006-11-20 | 2009-11-24 | Ferroxy-Aled, Llc | Seasoned ferrous cookware |
| ITMI20110366A1 (it) * | 2011-03-10 | 2012-09-11 | Sol Spa | Procedimento per il trattamento di acciai. |
| FR3001231B1 (fr) * | 2013-01-24 | 2016-05-06 | Renault Sa | Procede de traitement thermochimique de diffusion pour un element mecanique, et element mecanique correspondant |
| CN109695014B (zh) * | 2019-03-13 | 2021-03-16 | 海盐精斌五金制品有限公司 | 牙板表面氮化处理工艺 |
Family Cites Families (9)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US2343418A (en) * | 1941-01-02 | 1944-03-07 | Aviat Corp | Method of making propeller blades |
| DE1521607A1 (de) * | 1966-01-15 | 1969-07-10 | Zahnradfabrik Friedrichshafen | Verfahren zur Nitrierung von Eisen und Eisenlegierungen in gasfoermigen stickstoffabgebenden Medien |
| JPS52138027A (en) * | 1976-04-08 | 1977-11-17 | Nissan Motor | Ferrous member superior in initial fitting and wear resisting property and production process therefor |
| JPS5323835A (en) * | 1976-08-19 | 1978-03-04 | Kawasaki Heavy Ind Ltd | Ionitriding |
| SU624938A1 (ru) * | 1976-09-30 | 1978-08-09 | Московский Трижды Ордена Ленина, Ордена Октябрьской Революции И Ордена Трудового Красного Знамени Автомобильный Завод Имени И.А. Лихачева | Способ обработки стальных изделий |
| JPS5658963A (en) * | 1979-10-20 | 1981-05-22 | Kiyoichi Ogawa | Method and device for nitrified-layer stabilizing vapor coating processing |
| US4496401A (en) * | 1981-10-15 | 1985-01-29 | Lucas Industries | Corrosion resistant steel components and method of manufacture thereof |
| GB8310102D0 (en) * | 1983-04-14 | 1983-05-18 | Lucas Ind Plc | Corrosion resistant steel components |
| FR2560892B1 (fr) * | 1984-03-12 | 1986-10-31 | Peugeot | Procede de traitement superficiel de pieces en acier ou en fonte par bombardement ionique |
-
1985
- 1985-10-08 FR FR8514849A patent/FR2588281B1/fr not_active Expired - Fee Related
-
1986
- 1986-10-03 AU AU63477/86A patent/AU577024B2/en not_active Ceased
- 1986-10-06 ZA ZA867618A patent/ZA867618B/xx unknown
- 1986-10-06 CH CH3992/86A patent/CH668084A5/fr not_active IP Right Cessation
- 1986-10-06 ES ES8602436A patent/ES2002205A6/es not_active Expired
- 1986-10-07 BE BE0/217266A patent/BE905567A/fr not_active IP Right Cessation
- 1986-10-07 CA CA000520012A patent/CA1259551A/fr not_active Expired
- 1986-10-07 US US06/916,186 patent/US4702779A/en not_active Expired - Lifetime
- 1986-10-08 IT IT21937/86A patent/IT1197493B/it active
- 1986-10-08 JP JP61238165A patent/JPH076054B2/ja not_active Expired - Lifetime
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| AU577024B2 (en) | 1988-09-08 |
| CH668084A5 (fr) | 1988-11-30 |
| ZA867618B (en) | 1987-05-27 |
| AU6347786A (en) | 1987-04-09 |
| IT1197493B (it) | 1988-11-30 |
| FR2588281A1 (fr) | 1987-04-10 |
| JPS6293363A (ja) | 1987-04-28 |
| US4702779A (en) | 1987-10-27 |
| FR2588281B1 (fr) | 1991-08-16 |
| IT8621937A0 (it) | 1986-10-08 |
| JPH076054B2 (ja) | 1995-01-25 |
| BE905567A (fr) | 1987-04-07 |
| ES2002205A6 (es) | 1988-07-16 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| CA1259551A (fr) | Procede de traitement thermique pour la realisation de pieces en acier resistant a la corrosion | |
| CA1215901A (fr) | Procede de durcissement superficiel de pieces metalliques | |
| CA1208528A (fr) | Procede de traitement thermique de pieces metalliques par carburation | |
| FR2499593A1 (fr) | Procede pour realiser des couches d'oxydes protectrices | |
| FR2499592A1 (fr) | Procede pour realiser des couches d'oxydes protectrices | |
| FR2942241A1 (fr) | Procede de traitement de pieces pour ustensiles de cuisine | |
| EP0497663B1 (fr) | Procédé pour conférer à des pièces en métal ferreux, nitrurées puis oxydées, une excellente résistance à la corrosion tout en conservant les propriétés acquises de friction | |
| EP0018263A1 (fr) | Procédé de chromisation de pièces d'acier et pièces d'acier chromisées | |
| EP0213991B1 (fr) | Procédé de cémentation rapide dans un four continu | |
| EP0213011B1 (fr) | Procédé pour la cémentation rapide et homogène d'une charge dans un four | |
| EP3963120B1 (fr) | Pièce en acier cémentée pour l'aéronautique | |
| EP0159222A1 (fr) | Procédé de traitement superficiel de pièces en acier ou en fonte par bombardement ionique | |
| EP0638661B1 (fr) | Procédé pour améliorer la résistance à l'usure et à la corrosion de pièces en métaux ferreux | |
| EP0707661B1 (fr) | Procede pour la nitruration a basse pression d'une piece metallique et four pour la mise en uvre dudit procede | |
| EP0985054B1 (fr) | Procede de fabrication en continu d'une bande en acier pour emboutissage presentant des proprietes de surface ameliorees | |
| EP0885980A2 (fr) | Procédé pour la formation, par traitement thermochimique sans plasma, d'une couche superficielle présentant une dureté élevée | |
| EP0285593A1 (fr) | Procédé pour améliorer la résistance à la corrosion d'une barre d'armature en acier trempé et auto-revenu | |
| US5194096A (en) | Carburizing treatment of a steel with reduction of the hydrogen content in the carburized layer | |
| WO2005038076A1 (fr) | Procede et four de cementation basse pression | |
| FR2461019A1 (fr) | Procede de nitruration douce au moyen d'un gaz | |
| FR2719057A1 (fr) | Procédé pour la nitruration à bsase pression d'une pièce métallique et four pour la mise en Óoeuvre dudit procédé. | |
| BE520487A (fr) | ||
| BE655944A (fr) | ||
| FR2999609A1 (fr) | Procede de renforcement de l'acier par effets thermochimiques et effet de re-austenitisation | |
| CH266170A (fr) | Procédé de fabrication d'un corps métallique à partir de poudre de fer. |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| MKEX | Expiry |