Inoxeren
De afgelopen jaren is er een steeds grotere nadruk komen te liggen op de milieu-impact en gezondheidseisen van materialen die in diverse industrieën worden gebruikt. Tegelijkertijd zijn er strengere regelgeving en normen geïntroduceerd om de schadelijke effecten van gevaarlijke stoffen zoals 6-waardig chroom en PFAS te verminderen. Dit heeft geleidt tot een verschuiving in de keuze van materialen, waarbij roestvast staal (RVS) steeds meer de voorkeur krijgt, zowel uit technische- als uit duurzaamheidsoverwegingen. Daarnaast groeit de behoefte aan materialen die in staat zijn om zonder smeermiddelen te functioneren, wat betekent dat deze materialen optimale droogloop-eigenschappen moeten bezitten.
Door: Rob Jongbloed en Jeroen Heijneman - Chromin.nl
Roestvast staal heeft bijzondere eigenschappen ten aanzien van corrosiebestendigheid, lasbaarheid en visuele aspecten. Echter de loopeigenschappen en slijtbestendigheid (tribologie) behoren niet tot de allerbeste. Om uiteindelijk toch deze materialen in dynamische omstandigheden te kunnen toepassen, zijn engineers vaak op zoek naar behandelingen die er voor zorgen dat het oppervlak optimale eigenschappen verkrijgt en daarmee een goede compromis heeft tussen slijtvastheid en corrosiebestendigheid. Chromin heeft hiervoor de oplossing gevonden in de ontwikkeling van het laag temperatuur oppervlaktehardingsproces, het “Inoxeren”. Inoxeren is een proces voor het oppervlakteharden van materialen zoals austenitisch roestvast staal, duplex roestvast staal, precipitatiehardend roestvast staal en nikkelbasislegeringen bij relatief lage temperaturen. Dit proces is specifiek ontwikkeld om, met behoud van de corrosiebestendigheid, maat- en vormvastheid, de oppervlaktehardheid van onderdelen te verhogen (800-1300 Vickers) en zo de slijtvastheid te verbeteren. Dit beschermt het materiaal tegen slijtage, cavitatie en vermoeiing, zonder de corrosieweerstand van het staal aan te tasten. Daarnaast draagt Inoxeren bij aan een lagere wrijvingscoëfficiënt en voorkomt het koudlassen (ook wel “vreten” genoemd) bij materiaalcombinaties, wat resulteert in verbeterde loopeigenschappen. Als gevolg van de relatief extreem lage procestemperaturen vindt dat er geen ongewenste uitscheiding van chroomcarbiden of chroomnitriden plaats waardoor de corrosiebestendigheid behouden blijft. Uiteraard spelen factoren zoals materiaalkwaliteit, oppervlaktegesteldheid en productiewijze hierbij een belangrijke rol, maar de materiaalspecialisten van Chromin kunnen de klanten hierbij uitstekend adviseren. Het proces is milieuvriendelijk (duurzaam) en maakt gebruik van een geïoniseerd gas (plasma) bij lage druk en temperatuur. Inoxeren is bijzonder geschikt voor precisie-onderdelen en biedt de mogelijkheid om gedeeltelijk of lokaal het oppervlak te behandelen. Naast het Inoxeren biedt Chromin ook het Hardinchromeren aan. Dit proces is zowel voor austenitisch RVS alsook voor martensitische RVS-soorten uitermate geschikt, maar ook veredelingsstaalsoorten (42CrMo4) en gereedschapstaal (bijvoorbeeld 1.2379) kunnen hiermee behandeld worden en aansluitend (vacuüm)gehard worden. Hierdoor kunnen oplossingen voor mechanisch zwaarder belaste toepassingen gevonden worden, zonder een zogenaamd “eierschaal-effect” optreedt. Chromin beschikt dus over het gehele pallet aan mogelijkheden voor de behandeling/harden van alle RVS-soorten.
Procesbeschrijving
Het proces wordt uitgevoerd in een vacuüm of gedeeltelijk vacuüm, waarbij de reactie van het gas met het werkstuk wordt geactiveerd door een elektrisch veld. Door het gebruik van plasma wordt het mogelijk om de temperatuur tijdens het proces relatief laag te houden, meestal tussen 350°C en 450°C. Dit is veel lager dan traditionele warmtebehandelingsmethoden zoals nitreren of carboneren, die vaak veel hogere temperaturen vereisen (soms ook hoger dan 800°C).De vacuümkamer wordt gevuld met een gasmengsel dat koolstof (via bijvoorbeeld methaan, CH4) en stikstof (via bijvoorbeeld stikstofgas, N2) bevat. Zodra het gasmengsel wordt geïoniseerd door een elektrisch veld, ontstaat er een plasma waarin geladen deeltjes (ionen, elektronen) zich verplaatsen. De koolstof- en/of stikstofionen reageren met het oppervlak van het RVS en diffunderen in het metaal. Dit resulteert in de vorming van een geëxpandeerde austeniet (ook wel bekend onder de naam S-fase) die bestaat uit een mengsel van ijzer, koolstof en/of stikstof. Deze oppervlaktelaag verbetert de eigenschappen van het RVS, met name op het gebied van slijtvastheid, hardheid en corrosiebestendigheid.
Voordelen van inoxeren van RVS op lage temperatuur
Het gebruik van lage temperaturen voor Inoxeren biedt verschillende belangrijke voordelen ten opzichte van conventionele thermische behandelingsmethoden. De lage processtemperaturen zorgen ervoor dat de mechanische eigenschappen van het materiaal behouden blijven, wat vooral voordelig is voor roestvast staal.
1. Vermijden van vervorming – zeer geschikt voor precisie-onderdelen
Een van de grootste voordelen van Inoxeren bij lage temperaturen is de zeer beperkte kans op vervorming van het materiaal. Bij traditionele warmtebehandelingsprocessen, die hoge temperaturen vereisen, kan het materiaal vervormen, vooral als het staal dunne secties heeft. Met name kritische precisie-onderdelen met hoge nauwkeurigheid en uitdagende maat- en vormtoleranties kunnen probleemloos behandeld worden, mits aan een aantal randvoorwaarden voldaan wordt..
2. Hoge slijtvastheid
Het Inoxeren verhoogt de hardheid van het oppervlak van RVS aanzienlijk, hetgeen resulteert in een betere slijtvastheid. Dit maakt het materiaal meer bestand tegen mechanische belasting en slijtage, wat het ideaal maakt voor toepassingen in diverse industrieën waaronder de voedingsmiddelenindustrie, de farmaceutische industrie, semi-conductor industrie, automotive, enz. Tevens verminderd de neiging tot adhesieve slijtage, ook wel koudlas of “vreten” genoemd, met name bij schroefdraadverbindingen en zogenaamde staal-op-staal contacten. Dit biedt een enorm voordeel zodra onder kritische omstandigheden geen smeermiddelen of glijlakken toegepast mogen worden in verband met hoge eisen ren aanzien van reinheid en hygiëne.
3. Betere corrosieweerstand
Door de toevoeging van stikstof tijdens het Inoxeren, wordt een laag gevormd die de corrosiebestendigheid van het materiaal aanzienlijk verbetert. Deze laag voorkomt dat het staal snel wordt aangetast door agressieve omgevingen zoals zouten, chemicaliën of vochtige omstandigheden. Omdat Inoxeren bij lagere temperaturen plaatsvindt, vindt nauwelijks of geen degradatie van het basismateriaal plaats waardoor de corrosieweerstand behouden blijft. Omdat corrosie een bijzonder complex proces is met vele invloedsfactoren dient dit uiteraard goed afgestemd te worden.
4. Korte procestijden
In vergelijking met conventionele processen vereist Inoxeren veel kortere behandelingscycli. Dit betekent een hogere productiviteit, waardoor de doorlooptijd van de bewerking aanzienlijk verkort kan worden. Dit kan een groot voordeel op diverse fronten, maar zeker in geval van massaproductie van RVS-onderdelen.
5. Minder energieverbruik
Omdat Inoxeren op lagere temperaturen plaatsvindt, vereist het minder energie dan traditionele warmtebehandelingsprocessen, die vaak hogere temperaturen (soms ook boven 800°C) vereisen. Dit draagt bij aan een duurzamere en kostenefficiëntere productie.
Toepassingen
1. Voedingsindustrie
RVS wordt veel gebruikt in de voedingsindustrie vanwege zijn roestbestendigheid en hygiënische eigenschappen. Inoxeren kan de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van RVS oppervlakken verder verbeteren, wat de levensduur van machines en apparaten in de voedingsverwerking verlengt.
2. Automotive Sector
In de auto-industrie wordt Inoxeren gebruikt voor het behandelen van motoronderdelen, transmissiesystemen en andere onderdelen die gevoelig zijn voor slijtage. Het proces verbetert de prestaties van onderdelen die blootgesteld worden aan hoge mechanische belastingen.
3. Medische Apparatuur
Voor medische instrumenten en implantaten, zoals chirurgische gereedschappen of orthopedische implantaten, is het belangrijk dat de oppervlakken van het materiaal zowel hard als bestand zijn tegen corrosie, terwijl de integriteit van het materiaal behouden blijft. Inoxeren is ideaal voor het behandelen van roestvast staal in deze toepassingen.
4. Luchtvaart- en Ruimtevaartindustrie
In de luchtvaart zijn onderdelen zoals roterende assen en componenten van motoren vaak blootgesteld aan extreem hoge krachten en temperaturen. Inoxeren biedt een uitstekende oplossing om de slijtvastheid en corrosiebestendigheid van deze onderdelen te verbeteren zonder dat het risico bestaat op vervorming van onderdelen
Conclusie
Inoxeren op lage temperatuur is een nieuwe, geavanceerde en efficiënte methode om de eigenschappen van roestvast staal te verbeteren. Het proces biedt een uitstekende combinatie van voordelen, waaronder verhoogde slijtvastheid, corrosiebestendigheid en hoge maat- en vormstabiliteit, waardoor het risico op vervorming of aantasting minimaal blijft. Dit maakt deze innovatie een waardevolle technologie voor toepassingen in veeleisende sectoren zoals de voedingsindustrie , de auto-industrie, de medische sector en de luchtvaart.Door de kortere verwerkingstijden en het lagere energieverbruik kan Inoxeren ook aanzienlijke economische voordelen bieden. De toepassing van deze technologie zal naar verwachting blijven groeien naarmate de behoefte aan hoogwaardige materialen in de diverse industrieën toeneemt.
