Gli acciai inossidabili austenitici e austeno ferritici trovano applicazione in molteplici settori aventi in comune tra loro esposizione ad agenti chimicamente aggressivi che richiedono doti anticorrosive superiori a quelle che gli acciai martensitici classici possono offrire. Il limite principale alla loro adottabilità è rappresentato dalle basse doti tribologiche, principalmente durezza, resistenza alla fatica meccanica e resistenza all’usura abrasiva. Trattamenti termochimici delle superfici dei manufatti, quali nitrurazione nitrocarburazione, possono conferire quelle doti di resistenza all’usura e alla fatica meccanica che mancano agli acciai inossidabili austenitici per essere “perfetti”.
Nitrurazione e nitrocarburazione ionica
Gli acciai inossidabili si dividono in quattro famiglie: austenitici, martensitici, ferritici-duplex e PH. I PH sono a loro volta divisi in martensitici, semi-austenitici ed austenitici.
Gli acciai austenitici si caratterizzano per l’elevata resistenza alla corrosione e per le basse caratteristiche meccaniche e tribologiche. Gli acciai martensitici, per contro, offrono ottime caratteristiche di resistenza, buone caratteristiche tribologiche unitamente a un livello di resistenza alla corrosione più basso rispetto agli acciai austenitici. Gli acciai ferritici si distinguono per l’elevata resistenza alla corrosione in atmosfere particolari, per esempio solfuree, unitamente a basse proprietà meccaniche e tribologiche. Assimilabili agli acciai austenitici sono gli acciai austeno-ferritici, detti anche duplex, superduplex, hyperduplex
Assimilabili agli acciai martensitici sono gli acciai indurenti per precipitazione detti PH.
Come largamente trattato in letteratura la nitrurazione e nitrucarburazione degli acciai inossidabili austenitici presentano non pochi problemi, a causa, da una parte, della loro scarsa nitrurabilitĂ , dovuta essenzialmente alla presenza di nichel, e dall’altra dall’effetto di sbarramento all’assorbimento dell’azoto atomico dovuto alla presenza dello strato passivante di ossidi sulle superfici dei manufatti. Un effetto negativo della nitrurazione comune a tutti gli acciai inossidabili è la riduzione della resistenza alla corrosione dello strato nitrurato. Questa riduzione a volte può essere tanto drastica da rendere preferibile l’impiego di un acciaio martensitico temprato ad un acciaio austenitico nitrurato. L’evoluzione degli impianti e delle tecnologie di nitrurazione e nitrocarburazione hanno consentito in buona parte il superamento di queste classiche limitazioni. Il presente lavoro ha lo scopo di illustrarne lo stato dell’arte. I trattamenti industrialmente piĂą diffusi sono la nitrurazione e la nitrocarburazione al plasma, che prevedono, tramite sputtering, la depassivazione della superficie, altrimenti non trattabile a causa della presenza del film passivo di ossido di cromo, e la successiva fase di ionizzazione dei gas nitruranti-cementanti, che consentono la diffusione di azoto-carbonio all’interno del materiale. Il processo può essere scisso in due tecnologie:
1) plasma
2) plasma-assistito
Nitrurazione e nitrocarburazione al plasma (PN e PNC)
Il PN ed il PNC, con tecnologia D.C. diode, già industrializzati negli anni Ottanta, sono anco- ra in uso e generano il plasma nel contorno del pezzo, che funge da catodo. Possono essere ben controllati (micro-pulse) per evitare surriscaldi ed archi, ma presentano difficoltà di penetrazione nelle zone cieche e nei fori. Questa condizione è stata per buona parte risolta con l’Active Screen (Cathode-Cage), costruito in base alla sua distanza tra pareti
del forno e la posizione-forma delle parti. Il riscaldo può essere dato o dal plasma stesso (forno a pareti fredde), oppure con il contributo di resistenze interne (forno a pareti calde). La pressione presenta un grado di vuoto di 1-10mbar (100-1000Pa). I gas utilizzati sono azoto-idrogeno o argon per la nitrurazione, azoto-metano-idrogeno o argon per la nitrocarburazione.
Nitrurazione e Nitrocarburazione plasma assistite (PAN e PANC)
I processi plasma-assistiti, già studiati ed applicati negli anni Ottanta per i rivestimenti PVD, ma industrializzati per i trattamenti termochimici in tempi successivi, generano il plasma in tutto il forno, coprendo pienamente il pezzo. I gas sono sia gli stessi che si adottano con il sistema D.C. diode, sia radicali generati da altri gas. Esistono varie tecnologie di generazione del plasma in rapida evoluzione: T.A.T.; T.A.D.; R.F. + PI3; E.C.R. Il vantaggio del plasma-assisted è dovuto alla notevole omogeneità dei gas ionizzati e della temperatura. La pressione presenta un alto grado di vuoto: 10-3 mbar o anche minori. Si ottiene un’elevata densità di plasma: ragione per cui il plasma assistito viene anche definita nitrurazione o nitrocarburazione in bassa pressione con plasma ad alta densità .
