La nitrurazione è il processo di legare l’azoto a un metallo per indurirlo. Questa è una forma di cementazione, che comporta la creazione di un sottile strato di una lega forte sulla parte esterna di un oggetto metallico. Alcuni dei materiali più comunemente nitrurati sono acciai a basso tenore di carbonio, sebbene il processo possa essere utilizzato anche con altri metalli come il titanio o il molibdeno. La nitrurazione può essere utilizzata per un’ampia varietà di componenti diversi, inclusi ingranaggi, matrici e alberi a camme o a gomiti. Esistono tre principali processi di nitrurazione, ciascuno dei quali utilizza una diversa sostanza ricca di azoto per raggiungere il livello di cementazione desiderato.
Il processo di nitrurazione può essere ottenuto attraverso la combinazione di un mezzo ricco di azoto, metallo e calore. Se sottoposto a calore intenso, parte dell’azoto del mezzo donatore può legarsi al metallo. Se fatto correttamente, ciò può comportare una lega molto dura di azoto e il metallo utilizzato. Alcuni dei primi studi che hanno coinvolto questo tipo di cementazione hanno avuto luogo negli anni ‘1930. Il processo è stato scoperto nello stesso periodo sia negli Stati Uniti che in Germania, sebbene non sia stato ampiamente utilizzato fino alla fine della seconda guerra mondiale.
Il gas di ammoniaca è stato uno dei primi mezzi utilizzati per legare l’azoto con l’acciaio in un processo chiamato nitrurazione dell’ammoniaca. La procedura prevede in genere il riscaldamento di un pezzo di metallo e quindi sottoponendolo all’ammoniaca. A causa del calore, il gas può quindi scomporre in idrogeno e azoto, a quel punto parte dell’azoto può sublimarsi nel metallo. Questo metodo può consentire un grande controllo sulla profondità di penetrazione dell’azoto e sulle proprietà specifiche della lega risultante. Altri vantaggi, rispetto ad altri metodi, includono la facilità con cui è possibile elaborare grandi lotti e attrezzature poco costose.
Un altro processo che può legare l’azoto con il metallo comporta tipicamente un bagno di sale di cianuro. Questo tipo di nitrurazione richiede che il metallo riscaldato sia posto in un sale ricco di azoto. Oltre a legarsi con l’azoto, il metallo può anche prelevare carbonio dal sale in un processo noto come carbonitrurazione. Questo è un processo relativamente veloce ed economico, sebbene i sali coinvolti siano solitamente molto tossici. Il costo complessivo della procedura può aumentare se una giurisdizione ha norme rigorose che disciplinano lo smaltimento delle sostanze tossiche.
La nitrurazione al plasma è un altro processo che può essere utilizzato per indurire il metallo. In questo processo, l’azoto puro viene tipicamente surriscaldato nel plasma. Possono essere utilizzati anche altri gas, sebbene il concetto generale preveda la creazione di ioni di azoto che possono quindi legarsi al metallo. Questo tipo di cementazione è in genere molto accurato, veloce e può portare a parti immediatamente pronte per l’uso.