Material dapat meningkat sifat dan karakteristiknya ketika mendapat perlakuan panas. Tujuan dari pelapisan untuk meningkatkan tingkat kekerasan dan melindungi material dari suhu tinggi.
Perlakuan panas pada material memiliki beberapa teknik seperti tempering, carburising, quenching, normalising, dan case hardening. Namun ada teknik perlakuan bernama nitriding oleh industri.
Nitriding (nitridasi) adalah teknik perlakuan panas yang memasukkan nitrogen ke dalam permukaan material logam sehingga tingkat kekerasannya meningkat. Pembahasan berikut ini adalah terkait proses nitriding serta manfaat yang didapat material tersebut.
Pengertian proses nitriding
Nitridasi adalah proses pengerasan lapisan luar logam dengan menambahkan nitrogen. Proses pengerasan ini terjadi ketika nitrogen bergabung dengan besi dan elemen paduan lainnya untuk membentuk nitrida logam keras.
Proses ini tidak mempengaruhi sifat asli material karena nitrogen hanya mencapai pada kedalaman tertentu saja. Dengan ini, nilai kekerasan permukaan material dapat mencapai 76 HRC setelah proses nitriding.
Umumnya lapisan kekerasan memiliki ketebalan 0,0002 m sampai 2mm. Hal tersebut dapat dipengaruhi oleh faktor durasi paparan, suhu nitridasi, sampai dengan aliran gas.
Proses nitriding menghasilkan lapisan luar dengan zona difusi di bawahnya. Zona difusi terdiri dari nitrogen yang diserap serta endapan nitrida keras.
Kapan proses nitriding terjadi
Proses nitriding dilakukan pada suhu dibawah austenisasi baja. Proses pembentukan austenit dimulai pada suhu 727 °C untuk baja karbon biasa.
Umumnya, nitriding biasanya dilakukan pada suhu 500 dan 550 °C (930 – 1022 °F) dan hingga suhu maksimum 620 °C (1150 °F).
Tujuan dari proses nitriding
Tujuan utama proses nitridasi untuk mencapai tingkat kekerasan tinggi pada permukaan material. Cara ini merupakan bagian dari teknik perlakuan panas. Tujuan perlakuan panas untuk mengurangi dampak korosi.
Jenis-jenis proses nitriding
Terdapat tiga proses nitridasi yang dilakukan industri yaitu nitridasi gas, plasma, dan rendaman garam.
Nitridasi gas
Proses nitridasi gas melibatkan pemanasan logam ketika bersentuhan dengan amonia atau gas nitrogen. Ketika gas mencapai permukaan benda kerja yang dipanaskan, gas akan cenderung terurai menjadi hidrogen dan nitrogen, untuk pembentukan lapisan nitrida.
Nitridasi gas dapat bekerja dengan benda kerja dalam jumlah besar. Namun untuk aksi pencegahan harus dilakukan ketika bekerja dengan gas nitrogen.
Nitridasi plasma
Nitridasi plasma terjadi ketika memanfaatkan pelepasan gas reaksi plasma sehingga dapat memanaskan permukaan benda kerja. Proses ini dilakukan menggunakan medan listrik tegangan tinggi untuk menghasilkan plasma terionisasi.
Plasma tersebut akan dipercepat untuk membersihkan permukaan, memanaskan benda kerja, dan menghasilkan ion nitrogen aktif. Proses nitridasi plasma tidak menimbulkan banyak distorsi, efisien energi dan cepat. Bahkan benda kerja tidak perlu melalui proses machining.
Nitridasi rendaman garam
Nitridasi rendaman garam merupakan proses nitriding dengan garam cair untuk menarik nitrogen. Hal ini juga memaksimalkan karbon untuk dilepaskan melalui penguraian sianida menjadi sianat.
Mula-mula, benda kerja direndam dalam wadah berisi garam sianida cair yang sudah dipanaskan. Lapisan luar besi nitrida yang keras dan ulat kemudian dimasukkan ke dalam benda kerja. Proses ini dipakai oleh industri karena mudah dan cepat.
Material yang bisa dilakukan proses nitriding
Proses nitridasi tidak hanya untuk baja karbon biasa. Baja paduan rendah karbon pun masih dapat dilakukan selama memiliki unsur pembentuk nitrida seperti aluminium, molibdenum, dan kromium.
Keuntungan dari proses nitriding
Material yang melakukan nitriding memiliki banyak keunggulan. Beberapa manfaat pemakaian nitridasi adalah sebagai berikut.
Memiliki pengurangan distorsi dan deformasi
Proses nitriding bekerja pada suhu 550 °C, jauh di bawah suhu pemrosesan karburasi. Maka dari itu, material yang sudah di nitridasi mengalami pengurangan distorsi dan deformasi serta memiliki kontrol dimensi yang baik.
Menghasilkan permukaan dengan tingkat kekerasan tinggi
Material yang mengalami proses nitridasi memiliki kekerasan permukaan tinggi dan ulet. Perlakuan ini menghasilkan permukaan tahan aus dengan inti fleksibel yang mampu mengurangi beban tumbukan lebih baik daripada material keras.
Anda dapat memakai material ini pada aplikasi dengan beban tumbukan bersamaan dengan paparan bahan abrasif tanpa khawatir akan kegagalan pada beban tinggi.
Material lebih tahan korosi
Nitriding mampu meningkatkan ketahanan material terhadap korosi. Lapisan nitrida keras yang diendapkan dapat mencegah pembentukan lubang yang akan menimbulkan korosi jika tidak diolah.
Ketahanan korosi dapat diperoleh dengan menjaga lapisan putih yang terbentuk setelah proses nitridasi. Nitridasi plasma mampu meningkatkan ketahanan korosi pada baja taan karat karena lapisan besi nitrida melindungi logam dari korosi.
Memperpanjang umur kelelahan
Material dapat mengalami kelelahan ketika sudah terlalu lama bekerja. Umur lelah komponen baja meningkat sebesar 30 sampai 100% karena proses nitridasi.
Tahan lama terhadap pelunakan pada suhu tinggi
Lapisan pengeras dapat hilang kekerasannya ketika mencapai suhu tinggi. Hal ini dapat terlihat dari proses karburasi. Namun, proses nitriding memperlambat degradasi tingkat kekerasan.
Dampak dari melambatnya proses kehilangan tingkat kekerasan, membuat material yang sudah di nitridasi dapat tahan di suhu tinggi tanpa kehilangan tingkat kekerasan permukaan.
Kesimpulan
Nitridasi merupakan proses pengerasan lapisan luar logam dengan menambahkan nitrogen. Proses ini tidak mempengaruhi sifat asli logam karena hanya terjadi di permukaan saja.
Lapisan kekerasan pasca nitriding memiliki ketebalan 0,0002 m sampai 2 mm.
Proses nitriding bertujuan meningkatkan ketahanan aus, meningkatkan umur lelah, dan mengurangi dampak korosi. Terdapat tiga proses nitridasi yaitu gas, plasma, dan rendaman garam.
Sumber
- alphadetroit.com. “Types of Nitriding Processes and Their Primary Advantages – Alpha Detroit.” Alpha Detroit –, 9 Jan. 2023, alphadetroit.com.au/types-of-nitriding-processes-and-their-primary-advantages/. Accessed 21 Aug. 2024.
- Slid, Siim. “Nitriding Explained – How It Works, Benefits & Types.” Fractory, 12 June 2023, fractory.com/nitriding-explained/.