THẤM CARBON

Sự thấm carbon cho thép bao gồm việc nhiệt luyện bề mặt kim loại sử dụng nguồn carbon ở thể rắn, lỏng, khí hay plasma. Trước đây thấm carbon được thực hiện bằng cách cho tiếp xúc trực tiếp than lên kim loại, nhưng các kỹ thuật hiện đại sử dụng các loại khí hoặc plasma sinh ra carbon (ví dụ như cacbonic hay metan). Quá trình phụ thuộc chủ yếu vào thành phần của khí xung quanh và nhiệt độ lò nung. Các yếu tố này cần được giám sát cẩn thận do nhiệt có thể ảnh hưởng lên vi cấu trúc của vật liệu. Khi có yêu cầu về kiểm soát thành phần của khí, sự thấm carbon có thể được thực hiện ở áp suất thấp trong buồng chân không.

Thấm carbon bằng plasma đang được ứng dụng ngày càng rộng rãi trong công nghiệp để cải thiện tính chất bề mặt của một số kim loại, nhất là thép không rỉ, do nó thân thiện với môi trường (so với việc dùng chất khí hay chất lỏng) và có thể tác dụng một cách đồng đều lên bề mặt có hình dạng phức tạp (plasma có thể xuyên vào các lỗ và khe hẹp).

Quy trình thấm carbon dựa trên sự cấy các nguyên tử carbon lên bề mặt của một kim loại. Kim loại gồm các nguyên tử kim loại liên kết chặt chẽ với nhau trong một mạng tinh thể kim loại, các nguyên tử carbon được cấy vào mạng tinh thể này có thể hòa vào bên trong dung dịch rắn (ở nhiệt độ thấp) hay phản ứng với nền kim loại tạo thành các carbide ceramic (ở nhiệt độ cao). Cả hai cơ chế này đều làm tăng độ bền của bề mặt kim loại tuy nhiên lại có các hiệu ứng khác nhau: Cơ chế đầu tiên, gọi là tăng bền dung dịch rắn, giúp tăng khả năng chống ăn mòn của kim loại nhưng sự tăng độ cứng không đáng kể; cơ chế thứ hai, gọi là tăng bền ngưng tụ (precipitation),giúp tăng độ cứng nhưng thường làm ảnh hưởng tới sự chống ăn mòn của kim loại. Việc lựa chọn cơ chế nào là tùy vào yêu cầu.

Một yêu cầu chính khi thấm carbon các chi tiết là đảm bảo sự tiếp xúc tối đa giữa chi tiết và nguồn carbon. Khi dùng khí hay chất lỏng, chi tiết được giữ trên một giỏ bằng lưới hay treo bằng dây. Khi dùng nguồn bằng chất rắn, chi tiết và carbon được cho vào một vật chứa nhằm đảm bảo sự tiếp xúc xảy ra đối với diện tích bề mặt tối đa có thể, vật chứa này thường là bằng thép carbon phủ nhôm hay hợp kim chịu nhiệt niken-crôm và nắp được bịt kín bằng đất sét.