Influence of process atmosphere circulation on the distribution of nitriding conditions in unconventional active screen plasma nitriding (ASPN) systems

• Autorzy: Grzesiak G. , Walkowicz J. , Szafirowicz K. , Jakrzewski D.

Identyfikatory

DOI

10.5604/01.3001.0012.9795

Warianty tytułu

PL

Wpływ cyrkulacji atmosfery procesowej na rozkład warunków azotowania w niekonwencjonalnych systemach azotowania plazmowego z aktywnym ekranem (ASPN)

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

The aim of this work is to verify the possibility of designing an active screen plasma nitriding (ASPN) process with a controlled gas flow direction in order to implement multifunctional hybrid devices. The specimens have been subjected to nitriding processes under the established process conditions in which two different gas flow directions have been used. In the first configuration, the gas has been supplied at the top part of the chamber and pumped out from the bottom part of the chamber. In the second configuration, the gas has been supplied at the bottom part of the chamber and evacuated from its top part. The distribution of hardness and thickness of the nitrided layers has been evaluated on the prepared metallographic cross-sections. The results of material tests have been compared with the results of simulation tests showing the circulation of the atmosphere inside the process chamber. The presented research results show that using both gas flow directions and the unconventional shape of the process chamber it is possible to carry out efficient nitriding processes. However, further research is necessary to obtain a homogenous layer in the entire chamber space.

PL

Celem pracy jest sprawdzenie możliwości zaprojektowania procesu azotowania plazmowego z aktywnym ekranem (ASPN), z kontrolowanym kierunkiem przepływu gazów w celu implementacji rozwiązania w urządzeniach hybrydowych. Próbki zostały poddane procesom azotowania w ustalonych warunkach procesu, w których wykorzystano dwa różne kierunki przepływu gazu. W pierwszej konfiguracji, gaz dostarczany był w górnej części komory i odpompowywany z dolnej części komory. W drugiej konfiguracji gaz dostarczany był w dolnej części komory i odprowadzany z górnej części komory. Na przygotowanych zgładach metalograficznych oceniono rozkład twardości i grubości warstw azotowanych. Rezultaty badań materiałowych porównano z wynikami badań symulacyjnych pokazujących cyrkulację atmosfery wewnątrz komory procesowej. Przedstawione wyniki badań pokazują, że przy wykorzystaniu obu kierunków przepływu gazu i niekonwencjonalnego kształtu komory procesowej możliwe jest przeprowadzenie skutecznych procesów azotowania. Konieczne są jednak dalsze badania w celu uzyskania jednorodnej warstwy w całej przestrzeni komory.

Słowa kluczowe

EN

active screen plasma nitriding; unconventional ASPN systems; gas flow direction

PL

azotowanie plazmowe z aktywnym ekranem; niekonwencjonalne systemy ASPN; kierunek przepływu gazu

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz – Instytut Mechaniki Precyzyjnej
• Czasopismo: Inżynieria Powierzchni
• Rocznik: 2018
• Tom: nr 4
• Strony: 3--8
• Opis fizyczny: Bibliogr. 11 poz., wykr., tab., rys.

Twórcy

autor

Grzesiak G.

• University of Technology, Faculty of Technology and Education, Koszalin

autor

Walkowicz J.

• University of Technology, Faculty of Technology and Education, Koszalin

autor

Szafirowicz K.

• University of Technology, Faculty of Technology and Education, Koszalin

autor

Jakrzewski D.

• University of Technology, Faculty of Technology and Education, Koszalin

Bibliografia

• [1] Hubbard P.: Characterisation of a Commercial Active Screen Plasma Nitriding System, Thesis, Department of Applied Physics, RMIT University, Australia, 2007.
• [2] Hubbard P., Partridge J.G., Doyle E.D., McCulloch D.G., Taylor M.B., Dowey S.J.: lnvestigation of Nitrogen Mass Transfer Within an Industrial Plasma Nitriding System l: „The Role of Surface Deposits, Surface and Coatings Technology" 2010, 204, p. 1145-1150.
• [3] Hubbard P., Dowey S.J., Partridge J.G., Doyle E.D., McCulloch D.G.: lnvestigation of Nitrogen Mass Transfer within an Industrial Plasma Nitriding System II: Application of a Biased Screen. „Surface and Coatings Technology" 2010, 204, p. 1151-1157.
• [4] Ricard A., Deschamps J., Godard J.L., Falk L., Michel H.: Nitrogen Atoms in Ar-N2 Flowing Microwave Discharges for Steel Surface Nitriding. „Materials Science and Engineering" 1991, A 139, p. 9-14.
• [5] Belmonte T., Czerwiec T., Michel H.: Fundamentals and Applications of Late Post-discharge Processes. „Surface and Coatings Technology" 2001, 142-144, p. 306-313.
• [6] LiC. X., Bell T., Dong H.: A Study of Active Screen Plasma Nitriding. „Surface Engineering" 2002, vol. 18, p. 174-181.
• [7] Nishimoto A., Matsukawa T., Nii H.: Effect of screen open area on active screen plasma nitriding of austenitic stainless steel. „ISIJ International" 2014, vol. 54, issue4, p. 916-919.
• [8] Stępniak M.: Research of unconventional systems for formation of the nitriding atmosphere circulation in the active screen plasma nitriding units designed for multifunctional devices, Diploma thesis, Koszalin University of Technoloy, Koszalin 2015.
• [9] Wang S., Cai W., Li J., Wei W., Hu J.: A novel rapid DC plasma nitriding at Iow gas pressure for 304 austenitic stainless steel, Materials Letters, 2013, vol. 105, p. 47-49.
• [10] Nishimoto A., Nagatsuka K., Narita R., Nii H., Akamatsu K.: Effect of the distance between screen and sample on active screen plasma nitriding properties. „Surface and Coatings Technology." 2010, vol. 205, p. S365-S368.
• [11] Walkowicz J., Staśkiewicz J., Szafirowicz K., Jakrzewski D., Grzesiak G., Stępniak M.: Optimization of the ASPN process to bright nitriding of woodworking tools using the Taguchi approach. „Journal of Materials Engineering and Performance" 2012, vol. 22, p. 410-420.

Uwagi

EN

This work -was supported by the Operational Programme Innovative Economy POIG within the targeted project No. UDA-POIG.01.04.00-08-087/12: "Investigations of hybrid nano-coatings in thermo-chemical and surface treatment of metals ".