Electrolytic nitrocarburising treatment for steels and nickel alloys

In this thesis, electrolytic nitrocarburising treatment is applied on Steels and Nickel Alloys through Plasma electrolytic nitrocarburising process. The electrolyte contains urea and sodium carbonate. During the plasma discharing process, different parameters are applied in order to obtain the optimum condition for the plasma nitrocarburising process. These parameters includes treatment time, different number of cycles, electrolyte composition, different treatment stages, applied voltage and electrolyte temperature. We obtain the stable and repetitive preparation conditions for this treatment process. And we also repeat the same process with electrolyte only contains sodium carbonate, to confirm that without nitrocarburising the plasma discharging induced heat treatment can not increase the hardness significantly. After the plasma electrolytic process, we applied hardness testing, scanning Electron microscopy, X-Ray diffraction and potentiodynamic testing for the characterization of sample surface. Hardness testings show notable increasing for the treated samples. SEM illustrate typical morphologoy images and XRD patterns demonstrate typical phase of nitrocarburized layer, which indicate the exsitence of nitrocarburized composition on the surface. While potentiodynamic confirms the increasing of corrosion resistance for the nitrocarburized layer. For Nickel alloys the same treatment processing is also applicable. This can also indicate that plasma electrolytic carbonitriding technology can be applied in wide area for metals and alloys surface. Plasma electrolytic carburizing, nitriding and carbonitriding technology solve the problem of traditional plasma nitriding must be carried out in a closed vacuum furnace. It can be carried out at atmospheric pressure and room temperature environment. This method is possible for the future application for large area treatment of the sample in industry field.

In questo lavoro di tesi, il trattamento di nitrocarburizzazione ha visto coinvolti materiali quali l’acciaio e leghe di Nickel, sottoposti a processo di Plasma Electrolytic Nitrocarburizing. L’elettrolita è composto da urea e carbonato di sodio. Durante la fase di generazione del plasma, si è posta l’attenzione su diversi parametri in modo tale da ottenere le migliori condizioni di processo. Tra questi, il tempo del trattamento, il numero di cicli, la composizione dell ’ elettrolita, il voltaggio e la temperatura dell’elettrolita. Inoltre, lo stesso processo è stato anche ripetuto in soluzione contenente solo carbonato di sodio, per confermare che è proprio la nitrocarburizzazione la responsabile dell’aumento significativo di durezza. Dopo il processo elettrolitico al plasma sono state svolte prove di durezza, analisi al SEM, diffrazione ai raggi X e prove potenziodinamiche per la caratterizzazione della superficie del campione. Le prove di durezza hanno mostrato un miglioramento notevole delle proprietà per i campioni trattati. Le immagini al SEM mostrano la tipica morfologia e i risultati dell’XRD indicano la tipica composizione della fase dello strato ottenuto con nitrocarburazione. Le prove potenziodinamiche confermano l’aumento della resistenza a corrosione per lo strato nitrocarburizzato. Per le leghe di Nickel è applicabile la stessa serie di trattamenti. Questo sta inoltre ad indicare che la tecnologia di carbonitrurazione elettrolitica può essere sfruttata in un ampio ambito per le superfici di metalli e leghe. La tecnologia della carburazione, nitrurazione e carbonitrurazione elettrolitica al plasma risolve il problema principale della tradizionale nitrurazione al plasma, e cioè quello di dover essere svolto in un forno in vuoto. Si può infatti effettuare a pressione atmosferica e a temperatura ambiente. Tale metodo può essere utilizzato in futuro per il trattamento di campioni con ampie aree in ambito industriale.