لوله های فولادی ضد زنگ با دیواره ضخیم مزایای زیادی مانند مقاومت در برابر اکسیداسیون در دمای بالا، مقاومت در برابر خوردگی قوی، پلاستیسیته خوب، عملکرد عالی جوشکاری و غیره دارند و به طور گسترده در زمینه های مختلف صنعتی عمرانی استفاده می شوند. با این حال، به دلیل سختی کم و مقاومت به سایش کم فولاد ضد زنگ، کاربرد آن در بسیاری از مواقع محدود خواهد شد، به ویژه در محیطی که عوامل متعددی مانند خوردگی، سایش و بار سنگین وجود داشته و بر یکدیگر تأثیر می‌گذارند، عمر مفید مواد فولاد ضد زنگ به طور قابل توجهی کوتاه می شوند. بنابراین، چگونه می توان سختی سطح لوله های فولادی ضد زنگ با دیواره ضخیم را افزایش داد؟

اکنون روشی برای افزایش سختی سطح لوله های دیواره ضخیم با نیترید یونی وجود دارد تا مقاومت در برابر سایش بهبود یابد و در نتیجه عمر مفید آن افزایش یابد. با این حال، لوله های فولادی زنگ نزن آستنیتی را نمی توان با تغییر فاز تقویت کرد و نیتروژن یونی معمولی دمای نیتریدینگ بالایی دارد که بالاتر از 500 درجه سانتیگراد است. نیتریدهای کروم در لایه نیترید رسوب می کنند و ماتریس فولاد ضد زنگ را از نظر کروم فقیر می کند. در حالی که سختی سطح به طور قابل توجهی افزایش می یابد، مقاومت در برابر خوردگی سطح لوله نیز به شدت ضعیف می شود و در نتیجه ویژگی های لوله های فولادی ضد زنگ با دیواره ضخیم را از دست می دهد.

استفاده از تجهیزات نیترید یون پالس DC برای تصفیه لوله های فولادی آستنیتی با نیترید یونی با دمای پایین می تواند سختی سطح لوله های فولادی با دیواره ضخیم را افزایش دهد و در عین حال مقاومت به خوردگی را بدون تغییر نگه دارد و در نتیجه مقاومت سایشی آنها را افزایش دهد. در مقایسه با نمونه های تیمار شده با نیتریدینگ یونی در دمای نیتروژن معمولی، مقایسه داده ها نیز بسیار واضح است.

آزمایش در کوره نیتریدینگ یون پالس DC 30 کیلووات انجام شد. پارامترهای منبع تغذیه پالس DC ولتاژ قابل تنظیم 0-1000 ولت، چرخه کاری قابل تنظیم 15٪ -85٪ و فرکانس 1 کیلوهرتز است. سیستم اندازه گیری دما توسط دماسنج مادون قرمز IT-8 اندازه گیری می شود. جنس نمونه لوله فولادی ضد زنگ آستنیتی 316 جداره ضخیم و ترکیب شیمیایی آن 0.06 کربن، 19.23 کروم، 11.26 نیکل، 2.67 مولیبدن، 1.86 منگنز و مابقی آهن است. اندازه نمونه Φ24mm×10mm است. قبل از آزمایش، نمونه ها به نوبه خود با کاغذ سنباده آب صیقل داده شدند تا لکه های روغن از بین بروند، سپس با الکل تمیز و خشک شدند و سپس در مرکز دیسک کاتد قرار داده شدند و تا کمتر از 50Pa وکیوم شدند.

ریزسختی لایه نیترید شده حتی می تواند به بیش از 1150HV برسد که نیتروژن یونی بر روی لوله های جوش داده شده از فولاد زنگ نزن آستنیتی 316 در دماهای پایین و دماهای نیتروژن معمولی انجام شود. لایه نیترید شده به دست آمده از نیتریدینگ یونی در دمای پایین نازک تر است و گرادیان سختی بالایی دارد. پس از نیتریدینگ یونی در دمای پایین، مقاومت به سایش فولاد آستنیتی را می توان 4-5 برابر افزایش داد و مقاومت در برابر خوردگی بدون تغییر باقی می ماند. اگرچه مقاومت به سایش را می توان با نیترید یونی در دمای معمولی نیتریدینگ 4 تا 5 برابر افزایش داد، مقاومت به خوردگی لوله های دیواره ضخیم فولاد زنگ نزن آستنیتی تا حدی کاهش می یابد زیرا نیتریدهای کروم روی سطح رسوب می کنند.