Silnostěnné trubky z nerezové oceli mají mnoho výhod, jako je odolnost proti oxidaci při vysoké teplotě, silná odolnost proti korozi, dobrá plasticita, vynikající svařovací výkon atd., a jsou široce používány v různých civilních průmyslových odvětvích. Vzhledem k nízké tvrdosti a nízké odolnosti nerezové oceli proti opotřebení však bude její použití v mnoha případech omezeno, zejména v prostředí, kde existuje více faktorů, jako je koroze, opotřebení a velké zatížení, které se vzájemně ovlivňují, životnost nerezové materiály se výrazně zkrátí. Jak tedy zvýšit tvrdost povrchu silnostěnných nerezových trubek?

Nyní existuje metoda, jak zvýšit povrchovou tvrdost tlustostěnných trubek iontovou nitridací, aby se zlepšila odolnost proti opotřebení a prodloužila se tak jejich životnost. Trubky z austenitické nerezové oceli však nelze zpevnit fázovou změnou a konvenční iontová nitridace má vysokou nitridační teplotu, která je vyšší než 500 °C. Nitridy chrómu se budou vysrážet v nitridační vrstvě, takže matrice z nerezové oceli bude chudá na chrom. Zatímco tvrdost povrchu se výrazně zvýší, odolnost trubky proti povrchové korozi bude také vážně oslabena, čímž se ztratí vlastnosti silnostěnných trubek z nerezové oceli.

Použití zařízení pro stejnosměrnou pulzní iontovou nitridaci k ošetření austenitických ocelových trubek nízkoteplotní iontovou nitridací může zvýšit tvrdost povrchu silnostěnných ocelových trubek při zachování nezměněné odolnosti proti korozi, čímž se zvýší jejich odolnost proti opotřebení. Ve srovnání se vzorky ošetřenými iontovou nitridací při konvenční nitridační teplotě je srovnání dat také velmi zřejmé.

Experiment byl proveden v 30kW DC pulzní iontové nitridační peci. Parametry stejnosměrného pulzního zdroje jsou nastavitelné napětí 0-1000V, nastavitelný pracovní cyklus 15%-85% a frekvence 1kHz. Systém měření teploty je měřen infračerveným teploměrem IT-8. Materiál vzorku je austenitická 316 silnostěnná nerezová trubka a jeho chemické složení je 0,06 uhlíku, 19,23 chrómu, 11,26 niklu, 2,67 molybdenu, 1,86 manganu a zbytek je železo. Velikost vzorku je Φ24 mm × 10 mm. Před experimentem byly vzorky postupně vyleštěny vodním brusným papírem, aby se odstranily olejové skvrny, poté byly očištěny a vysušeny alkoholem a poté umístěny do středu katodového disku a vysávány pod 50 Pa.

Mikrotvrdost nitridované vrstvy může dosáhnout i nad 1150 HV, když se iontová nitridace provádí na svařovaných trubkách z austenitické nerezové oceli 316 při nízkých teplotách a konvenčních nitridačních teplotách. Nitridovaná vrstva získaná nízkoteplotní iontovou nitridací je tenčí a má vysoký gradient tvrdosti. Po nízkoteplotní iontové nitridaci lze odolnost austenitické oceli proti opotřebení zvýšit 4-5krát a odolnost proti korozi zůstává nezměněna. Ačkoli lze odolnost proti opotřebení zvýšit 4-5krát iontovou nitridací při konvenční nitridační teplotě, odolnost proti korozi silnostěnných trubek z austenitické nerezové oceli bude do určité míry snížena, protože se na povrchu budou vysrážet nitridy chrómu.