Luận án Nghiên cứu ảnh hưởng của các yếu tố chính nhằm ổn định công nghệ thấm nitơ thể khí lên một số loại thép thông dụng ở Việt Nam

 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
 TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
 NGUYỄN NGỌC MINH 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH 
NHẰM ỔN ĐỊNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ 
LÊN MỘT SỐ LOẠI THÉP THÔNG DỤNG Ở VIỆT NAM 
 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU 
 Hà Nội – 2015 
 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO 
TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI 
 NGUYỄN NGỌC MINH 
NGHIÊN CỨU ẢNH HƯỞNG CỦA CÁC YẾU TỐ CHÍNH 
NHẰM ỔN ĐỊNH CÔNG NGHỆ THẤM NITƠ THỂ KHÍ 
LÊN MỘT SỐ LOẠI THÉP THÔNG DỤNG Ở VIỆT NAM 
Chuyên ngành: Kim loại học 
Mã số: 62440129 
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KHOA HỌC VẬT LIỆU 
 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: 
1. PGS. TS. Nguyễn Văn Tư 
2. TS. Nguyễn Văn Hiển
LỜI CÁM ƠN 
 Tôi xin chân thành cám ơn PGS. TS. Nguyễn Văn Tư và TS. Nguyễn Văn Hiển, 
những người Thày đã tận tình hướng dẫn, giúp đỡ, chỉ bảo và động viên tôi trong 
suốt quá trình thực hiện luận án. 
 Tôi xin chân thành cám ơn Bộ môn Vật liệu học, Xử lý nhiệt và Bề mặt, các Bộ 
môn chuyên môn khác thuộc Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu, Viện Đào tạo sau 
đại học đã tạo điều kiện để tôi có thể hoàn thành luận án. 
 Tôi xin chân thành cám ơn Ban lãnh đạo Viện Khoa học và Kỹ thuật Vật liệu 
đã tạo điều kiện để tôi hoàn thành luận án. 
 Xin cảm ơn các Anh, Chị, Em và Các bạn đồng nghiệp tại Viện Khoa học và 
Kỹ thuật Vật liệu đặc biệt là tại Bộ môn Vật liệu học- Xử lý nhiệt và Bề mặt, đã giúp 
đỡ tôi rất nhiều trong việc hoàn thành phần thực nghiệm của luận án này. 
 Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới bạn bè, gia đình và người 
thân đã luôn ở bên, động viên và khích lệ để tôi sớm hoàn thành luận án. 
. 
LỜI CAM ĐOAN 
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. 
Các số liệu, kết quả trong luận án là trung thực và chưa từng 
được ai công bố trong bất cứ một công trình nào khác. 
 NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TÁC GIẢ 
 PGS.TS. Nguyễn Văn Tư Nguyễn Ngọc Minh 
 TS. Nguyễn Văn Hiển 
i 
MỤC LỤC 
 Trang 
Trang phụ bìa 
Lời cảm ơn 
Lời cam đoan 
Mục lục i 
Danh mục các bảng biểu và hình vẽ iv 
Danh mục các ký hiệu và chữ viết tắt ix 
Mở đầu 1 
Chương 1: Tình hình nghiên cứu và ứng dụng công nghệ thấm nitơ 3 
1. 1. Công nghệ thấm nitơ trên thế giới và tại Việt nam 3 
1.1.1. Công nghệ thấm nitơ trên thế giới 3 
1.1.2. Công nghệ thấm nitơ tại Việt nam. 4 
1.2. Các phương pháp thấm nitơ 5 
1.2.1. Phương pháp thấm nitơ thể khí 5 
1.2.2. Phương pháp thấm nitơ thể lỏng 5 
1.2.3 Phương pháp thấm nitơ plasma 7 
1.3. Ưu nhược điểm của các loại hình công nghệ 13 
1.4. Mục tiêu, đối tượng và nội dung nghiên cứu 14 
1.4.1. Mục tiêu nghiên cứu 14 
1.4.2. Đối tượng nghiên cứu 15 
1.4.3. Nội dung nghiên cứu 15 
Chương 2: Cơ sở lý thuyết thấm nitơ thể khí 16 
2.1. Cơ sở quá trình thấm nitơ thể khí 16 
2.1.1. Thế nitơ của quá trình thấm 16 
2.1.2. Hoạt độ nitơ của môi trường thấm 17 
2.1.3 Hoạt độ nitơ trong thép 19 
2.1.4. Hệ số truyền nitơ 19 
2.2. Cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí 20 
2.3. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chính đến sự hình thành lớp thấm 24 
2.3.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 24 
2.3.2. Ảnh hưởng của thế thấm Kn 26 
ii 
2.3.2.1. Ảnh hưởng của thành phần chất thấm 26 
2.3.3.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu 28 
2.3.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm và yếu tố khác 29 
Chương 3: Thiết bị và phương pháp nghiên cứu 32 
3.1. Nguyên vật liệu sử dụng 33 
3.2. Thiết bị sử dụng 34 
3.2.1. Thiết bị đo độ phân hủy NH3 34 
3.2.2. Thiết bị đánh giá tổ chức và tính chất lớp thấm 35 
3.2.3. Thiết bị thực nghiệm 37 
3.3. Phương pháp nghiên cứu 39 
3.3.1. Đánh giá mức độ khuyếch tán nitơ và sự tiết pha nitơrit 39 
3.3.2. Phương pháp xác định hệ số truyền  39 
3.3.3. Phương pháp xác định ảnh hưởng của các thông số công nghệ 40 
3.4. Các quy trình thực nghiệm 40 
3.4.1. Quy trình xử lý nhiệt luyện trước thấm 40 
3.4.2. Quy trình thấm 42 
Chương 4: Kết quả và bàn luận 44 
4.1. Kết quả phân tích đánh giá mẫu trước thấm 44 
4.1.1. Kết quả ảnh hiển vi quang học 44 
4.1.2. Kết quả phân tích hiển vi điện tử quét 45 
4.1.3 Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơn ghen 49 
4.2. Kết quả phân tích đánh giá mẫu sau thấm 50 
4.2.1. Kết quả quan sát hiển vi quang học 50 
4.2.2. Kết quả phân tích trên hiển vi điện tử quét 51 
4.2.3. Kết quả phân tích nhiễu xạ Rơn ghen 63 
4.3. Sự hình thành và phát triển lớp thấm 65 
4.3.1. Sự hình thành và phát triển lớp thấm trên thép C20 65 
4.3.2. Sự hình thành và phát triển lớp thấm trên thép SKD61 68 
4.3.3. Sự tồn tại lỗ xốp trong lớp trắng 73 
4.4. Ảnh hưởng của các thông số chính đầu vào đến thế thấm Kn 74 
4.4.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 74 
4.4.2. Ảnh hưởng của thời gian lưu 75 
4.4.3. Ảnh hưởng của thành phần khí thấm 76 
iii 
4.5. Hệ số truyền chất () 77 
4.5.1. Ảnh hưởng của thế thấm 80 
4.5.2. Ảnh hưởng của nhiệt độ 82 
4.6. Ảnh hưởng của các yếu tố công nghệ chính đến tổ chức và tính chất lớp thấm 83 
4.6.1. Ảnh hưởng của nhiệt độ 83 
4.6.2. Ảnh hưởng của thế thấm Kn 86 
4.6.2.1. Ảnh hưởng của thời gian lưu 87 
4.6.2.2. Ảnh hưởng của thành phần khí thấm 89 
4.6.3. Ảnh hưởng của thời gian thấm 94 
Kết luận chung và kiến nghị 104 
Danh mục các công trình khoa học liên quan đến luận án đã công bố 107 
Tài liệu tham khảo 108 
iv 
DANH MỤC CÁC BẢNG, HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ 
1. Danh mục các bảng 
Bảng 1.1 : So sánh ưu nhược điểm của các công nghệ thấm nitơ hiện nay [25] 
Bảng 2.1: Các pha thường gặp trong hệ Fe-N [16,20,89] 
Bảng 2.2: Hệ số khuyếch tán nitơ trong , ’ và tại các nhiệt độ khác nhau [68] 
Bảng 2.3: Thừa số nhiệt độ theo công thức Harries [55] 
Bảng 3.1: Thành phần hóa học của các mác thép nghiên cứu 
Bảng 4.1: Năng lượng nhiệt hình thành một số hợp chất tại 298.15K, Hf, kJ mol-1[25,54] 
Bảng 4.2: 
Bảng giá trị phân bố nồng độ các nguyên tố tại một số vị trí trên vùng khuếch 
tán của lớp thấm nitơ trên thép SKD61(số liệu chỉ mang tính tham khảo vì kết 
quả phân tích chịu ảnh hưởng của vùng lân cận) 
Bảng 4.3: Tính toán thành phần Xêmentit (Fe3C)/Ferrit (Fe ) cho vùng nền 
Bảng 4.4: Cấu trúc tinh thể của Fe (C), một số cacbit và nitơrit [25,26,75,77,79] 
Bảng 4.5: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến thế thấm Kn 
Bảng 4.6: Ảnh hưởng của thời gian lưu đến thế thấm Kn 
Bảng 4.7: Ảnh hưởng của thành phần khí thấm đến thế thấm Kn 
Bảng 4.8: Các chế độ thấm thực nghiệm để xác định hệ số truyền chất () 
Bảng 4.9: Khối lượng nitơ khuếch tán trong các lá thép mỏng thực nghiệm 
Bảng 4.10: 
Bảng giá trị tính toán thế thấm, hoạt độ của nitơ trong môi trường thấm và trong 
lá thép mỏng tính toán bằng chương trình Thermo-calc 
Bảng 4.11: Hệ số truyền chất () trên các mác thép nghiên cứu 
Bảng 4.12: Bảng giá trị độ cứng của các mẫu thép phụ thuộc vào ảnh hưởng của nhiệt độ 
Bảng 4.13: Các thông số đánh giá ảnh hưởng của thời gian lưu 
Bảng 4.14: Bảng giá trị độ cứng của các mẫu thép phụ thuộc thời gian lưu. 
Bảng 4.15: Các chế độ pha loãng khí thấm sử dụng N2 và độ phân hủy đo được 
Bảng 4.16: Bảng kết quả phân bố độ cứng phụ thuộc thành phần khí thấm 
Bảng 4.17: Các giá trị thế thấm khi sử dụng khí pha loãng N2 với p=1.2at. 
Bảng 4.18: Các thông số thấm nitơ thể khí cho từng nhóm thép thực nghiệm 
Bảng 4.19: Bảng kết quả phân bố độ cứng phụ thuộc thời gian thấm 
Bảng 4.20: Ảnh hưởng của thời gian thấm đến chiều sâu lớp thấm hiệu quả trên các loại 
thép thực nghiệm 
Bảng 4.21: Số liệu thống kê khi tính giá trị K cho thép C20 
Bảng 4.22: Các giá trị tính toán hệ số Herries-K của từng loại thép theo thực nghiệm 
Bảng 4.23: Ảnh hưởng của thời gian thấm đến chiều sâu lớp thấm hiệu quả trên thép C20 
tại nhiệt độ thấm 510oC theo thực nghiệm và theo lý thuyết tính toán. 
Bảng 4.24: Bảng kết quả phân bố độ cứng khi thấm tại 510oC, 530oC và 550oC 
Bảng 4.25: Bảng tổng kết các thông số công nghệ nhằm ổn định quy trình thấm nitơ thể khí 
cho từng nhóm thép thực nghiệm. 
v 
2. Danh mục các hình và đồ thị 
Hình 1.1: Một kiểu sơ đồ hệ thống thấm nitơ plasma [65] 
Hình 1.2: Đặc trưng giữa điện áp và dòng điện một chiều khi phát quang [23]. 
Hình 1.3: Mô hình sự hình thành lớp bề mặt trong thấm nitơ plasma [80]. 
Hình 1.4: Ảnh hưởng của thành phần khí đến cấu trúc lớp thấm nitơ plasma [65]. 
Hình 1.5: Sơ đồ mô tả kỹ thuật tường nóng và tường lạnh [41]. 
Hình 1.6: Sơ đồ hệ thống phương pháp ASPN [28]. 
Hình 1.7: Sơ đồ hệ thống phương pháp PDN [5]. 
Hình 1.8: Sơ đồ hệ thống phương pháp PPN [37]. 
Hình 2.1: Sự hình thành lớp thấm nitơ thể khí [1,88]. 
Hình 2.2: Sơ đồ mô tả sự thay đổi hoạt độ N từ môi trường thấm vào thép 
Hình 2.3: Giản đồ pha Fe-N [89]. 
Hình 2.4: Giản đồ Lehrer thể hiện sự ổn định của các pha giữa Fe-N [49]. 
Hình 2.5: Mối quan hệ giữa giản đồ pha Fe-N và nồng độ/chiều sâu đối với sự phát triển 
các lớp đơn pha -Fe2N1-x và ’-Fe4N trên nền -Fe [55]. 
Hình 2.6: Sơ đồ cấu trúc lớp thấm nitơ thể khí [43]. 
Hình 2.7: Ảnh hưởng của nhiệt độ đến mức độ phân hủy NH3 tại các lưu lượng khí khác 
nhau. Thực nghiệm trên lò giếng kích thước trung bình. Khí sử dụng 100% NH3 
[25]. 
Hình 2.8: Sự biến đổi của thế thấm nitơ (Kn) với mức độ phân hủy NH3 trong môi trường 
thấm (NH3 + N2 + 5%CO2) tại 5800C [25] 
Hình 2.9: Ảnh hưởng của tốc độ dòng NH3 đến giá trị độ cứng lớn nhất và chiều dày lớp 
thấm nitơ thể khí thực hiện trên thép cacbon cực thấp có hợp kim hóa thêm titan 
[42]. 
Hình 2.10: Mối quan hệ giữa chiều sâu lớp thấm và thời gian thấm 
Hình 2.11: Ảnh hưởng của các nguyên tố hợp kim. (a) - ảnh hưởng của các nguyên tố hợp 
kim đến độ cứng lớn nhất trên thép thấm nitơ, thực hiện tại 5240C-48h; (b) - ảnh 
hưởng của các nguyên tố hợp kim đến chiều dày lớn trắng, thực hiện tại 5500C-
24h [47]. 
Hình 3.1: Sơ đồ mô tả trình tự nghiên cứu trên các mẫu thấm nitơ thể khí 
Hình 3.2: Sơ đồ nguyên lý hoạt động của sensor hydro [86] 
Hình 3.3: Sensor Sensor connection KF16 
Hình 3.4: TCD Gas Analyzer Gasboard-7000 
Hình 3.5: Kính hiển vi quang học Axiovert 25A. 
Hình 3.6: Máy đo độ cứng Struers Duramin-2 
Hình 3.7: Hiển vi điện tử quét bức xạ trường (FESEM) 
Hình 3.8: Thiết bị nhiễu xạ tia X (D5005) 
Hình 3.9: Lò nhiệt luyện mẫu trước thấm 
Hình 3.10: Thiết bị lò thấm nitơ 
vi 
Hình 3.11: Sơ đồ bố trí thiết bị cung cấp khí và kiểm soát mức độ phân hủy nhiệt NH3 
Hình 3.12: Quy trình thường hóa mẫu 20CrMo và C20 trước thấm. 
Hình 3.13: Quy trình nhiệt luyện hóa tốt cho thép SKD61 [79] 
Hình 3.14: Quy trình nhiệt luyện hóa tốt thép 30CrNi2MoVA [80] 
Hình 3.15: Quy trình thấm nitơ thể khí. 
Hình 4.1: Ảnh tổ chức tế vi của các mẫu xử lý nhiệt luyện trước thấm với độ phóng đại 500 
lần: (a) thép C20, (b) thép 20CrMo, (c) thép 30CrNi2MoVA và (d) thép SKD61 
Hình 4.2: Ảnh hiển vi điện tử quét trên mẫu thép SKD61 sau tôi (a) và phổ EDX xác định 
thành phần của các hạt cacbit (b) 
Hình 4.3: Phân bố nguyên tố trên thép SKD61 sau tôi bằng phổ mapping: (a) bề mặt thực 
mẫu thép, (b) phân bố hàm lượng Fe, (c) phân bố hàm lượng Cr, (d) phân bố 
hàm lượng V, (e) phân bố hàm lượng Mo và (f) phân bố hàm lượng C 
Hình 4.4: (a) ảnh hiển vi điện tử quét và (b) ảnh tẩm thực màu hiện cácbit phóng đại 1000 
lần trên mẫu thép SKD61 sau ram. 
Hình 4.5: Phân bố nguyên tố trên thép SKD61 sau ram bằng phổ mapping: (a) ảnh SEM tổ 
chức tế vi của thép, (b) phân bố hàm lượng Fe, (c) phân bố hàm lượng C, (d) 
phân bố hàm lượng Cr, (e) phân bố hàm lượng V và (f) phân bố hàm lượng Mo 
Hình 4.6: Kết quả nhiễu xạ tia X với các mẫu thép trước thấm. (a) - thép C20; (b) - thép 
20CrMo; (c) – thép 30CrNi2MoVA; (d) – thép SKD61 
Hình 4.7: Ảnh hiển vi quang học quan sát tổ chức lớp thấm hình thành trên bề mặt các mẫu 
thép khối với độ phóng đại 500 lần. Mẫu được thấm tại 550 oC sử dụng 100% 
NH3 với Kn = 1,6 và thời gian thấm 8h: (a) mẫu thép C20; (b) mẫu thép 20CrMo; 
(c) mẫu thép 30CrNi2MoVA; (d) mẫu thép SKD61 và (e) mẫu thép được đóng 
rắn bằng bột nhựa 
Hình 4.8 Ảnh hiển vi điển tử quét quan sát tổ chức lớp thấm hình thành trên bề mặt các 
mẫu thép mỏng. Mẫu được thấm tại 550 oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và 
thời gian thấm 8h: (a) mẫu thép C20; (b) mẫu thép 20CrMo; (c) mẫu thép 
30CrNi2MoVA; (d) mẫu thép SKD61 và (e) mẫu thép được đóng rắn bằng keo 
đóng rắn epoxy 
Hình 4.9 Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng C20 sau thấm 
tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) diện tích 
quét trên bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng nitơ và (c) phân bố hàm lượng 
sắt 
Hình 4.10: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng 20CrMo sau 
thấm tại 550 oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (e) diện 
tích quét trên bề mặt mẫu thực; (a) phân bố hàm lượng nitơ; (b) phân bố hàm 
lượng sắt; (c) phân bố hàm lượng Mo và (d) phân bố hàm lượng Cr 
Hình 4.11: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu khối 20CrMo sau tôi 
tại 920oC: (a) diện tích quét trên bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng sắt; 
(c) phân bố hàm lượng cácbon; (d) phân bố hàm lượng M và (e) phân bố hàm 
lượng Cr 
Hình 4.12: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu khối 20CrMo sau tôi 
vii 
tại 920oC và thấm nitơ tại 550 oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian 
thấm 8h: (a) diện tích quét trên bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng sắt; (c) 
phân bố hàm lượng cácbon; (d) phân bố hàm lượng N; (e) phân bố hàm lượng 
Mo và (f) phân bố hàm lượng Cr 
Hình 4.13: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng 30CrNi2MoVA 
sau thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) 
diện tích quét trên bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng Ni; (c) phân bố hàm 
lượng Fe; (d) phân bố hàm lượng nitơ 
Hình 4.14: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng 30CrNi2MoVA 
sau thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) 
phân bố hàm lượng Cr; (b) phân bố hàm lượng C; (c) phân bố hàm lượng V và 
(d) phân bố hàm lượng Mo 
Hình 4.15: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng SKD61 sau 
thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) diện 
tích quét trên bề mặt mẫu thực; (b) phân bố hàm lượng Fe; (c) phân bố hàm 
lượng C 
Hình 4.16: Phổ phân bố hàm lượng nguyên tố trên tiết diện ngang mẫu mỏng SKD61 sau 
thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) phân 
bố hàm lượng N; (b) phân bố hàm lượng V; (c) phân bố hàm lượng Mo và (d) 
phân bố hàm lượng Cr 
Hình 4.17: Ảnh hiển vi điện tử quét trên mẫu thép SKD61 sau thấm (a) và phổ EDX xác định 
thành phần (b) 
Hình 4.18: Kết quả nhiễu xạ tia X mẫu thép sau khi thấm tại 550oC sử dụng 100% NH3 với 
Kn = 0,7 và thời gian thấm 8h: (a) - thép C20; (b) - thép 20CrMo; (c) - thép 
30CrNi2MoVA; (d) - thép SKD61 
Hình 4.19: Sự hình thành và phát triển lớp thấm trên thép sau thường hóa (C20) 
Hình 4.20: Tổ chức tế vi của thép C20 với độ phóng đại 500 lần tại các chế độ xử lý nhiệt 
trước thấm khác nhau và kết quả phân bố độ cứng sau thấm: (a) thép C20 sau 
thường hóa; (b) thép C20 sau tôi và (c) phân bố độ cứng sau thấm nitơ 
Hình 4.21: (a) Tổ chức tế vi của thép C20 với ...  xuất bản Đại học Bách Khoa 
TÀI LIỆU TIẾNG ANH 
[5]. A. Ricard (1989). Discharges in N2 flowing gas for steel surface nitriding, Revue 
Phys. Appl, Vol 24, pages 251-256 
[6]. Andrea Szilágyiné Biró (2013). Trends of nitriding processes, Production Processes 
and Systems, Vol. 6, No. 1, pages 57-66 
[7]. B. M. Caruta (2005). Thin Films and Coatings: New Research, Nova Publishers 
[8]. C. Ginter, L. Torchane, J. Dulcy, M. Gantois, A. Malchère, C. Esnouf, T. Turpin 
(2005). A new approach to hardening mechanisms in the diffusion layer of gas 
nitrided α-alloyed steels. Effects of chromium and aluminium: experimental and 
simulation studies, 2nd International Conference: Heat treatment and surface 
engineering in automotive applications, pages 29-35 
[9]. Cuilan Wu, Chengping Luo, Ganfeng Zou (2005). Microstructure and properties of 
low temperature composite chromized layer on H13 tool steel, J. Mater. Sci. 
Technol., Vol 21 (2), pages 251-255 
[10]. Daisuke Yonekura, K. Ozaki, R. Shibahara, Insup Lee, R. Murakami (2013). Very 
high cycle fatigue behavior of plasma nitrided 316 stainless steel, 13th International 
Conference on Fracture, Beijing, China 
[11]. Dandan Wu (2013). Low-temperature gas-phase nitriding and nitrocarburizing of 
316L austenitic stainless steel, PhD thesis, Case Western Reserve University 
[12]. David Pye (2003). Practical Nitriding and Ferritic Nitrocarburizing, ASM 
International, pages 1-12 
[13]. David V. Ragone (1995). Thermodynamics of Materials, Vol I, John Wiley & Sons. 
Inc 
109 
[14]. Don Jordan, Harry Antes, Virginia Osterman, Trevor Jones (2008). Low torr-range 
vacuum nitriding of 4140 steel, Solar Atmospheres Inc, pages 33-38 
[15]. Donald Jordan (2010). Controlling compound (white) layer formation during 
vacuum gas nitriding, Solar Atmospheres Inc, pages 1-20 
[16]. E.J. Mittemeijer (2013). Fundamentals of Nitriding and Nitrocarburizing, ASM 
Handbook, Vol 4A, Steel Heat Treating Fundamentals and Processes, pages 619-
646 
[17]. Edin Bazochaharbakhsh (2011). Surface Nitriding and Oxidation of Nitinol, MSc 
Thesis, San José State University 
[18]. Edward H. Smith (2013). Mechanical Engineer's Reference Book, Butterworth-
Heinemann, pages 40-48 
[19]. Eiraku, Hiroshi (2007). US Patent No: 7,217,327. Method of producing metal 
member with enhanced corrosion resistance by salt bath nitriding 
[20]. Eitel L. Peltzer y Blancá, Judith Desimoni, Niels E. Christensen, Heike Emmerich, 
Stefaan Cottenier (2009). The magnetization of γ′ -Fe4N: theory vs. experiment, 
Phys. Status Solidi B 246, No. 5, pages 909 – 928 
[21]. Ekkard Brinksmeier, Oltmann Riemer, Ralf M. Gläbe (2012). Fabrication of 
Complex Optical Components: From Mold Design to Product, Springer Science & 
Business Media 
[22]. F. Taherkhani, A. Taherkhani (2010). Surface characterization of through cage 
plasma nitriding on the surface properties of Low Alloy Steel, Transaction B: 
Mechanical Engineering, Vol. 17, No. 4, pages 253-263 
[23]. Farzad Mahboubi (1998). The influence of the mode of plasma generation on the 
plasma nitriding behaviour of a micoralloyed [i.e. microalloyed] steel, PhD thesis, 
University of Wollongong 
[24]. Frank Czerwinski (2012). Thermochemical Treatment of Metals, Intech 
[25]. George E. Totten, Kiyoshi Funatani, Lin Xie (2004). Handbook of Metallurgical 
Process Design, CRC Press 
[26]. George Krauss (2005). Steels: Processing, Structure, and Performance, ASM 
International 
[27]. Glen Alexander Crust (1989). The nitriding of high speed steel cutting tools, PhD 
Thesis, Polytechnic South West 
[28]. H Nii, A Nishimoto (2012). Surface modification of ferritic stainless steel by active 
screen plasma nitriding, Journal of Physics: Conference Series 379 (2012) 012052 
[29]. Hakan Aydin, Ali Bayram, Şükrü Topcu (2013). Friction characteristics of nitrided 
layers on AISI 430 ferritic stainless steel obtained by various nitriding processes, 
Materials Science (MEDŽIAGOTYRA), Vol. 19, No. 1, pages 19-24 
[30]. Hirotaka Kato (1993). Sliding wear of nitrided steels, PhD thesis, Brunel Unversity 
[31]. Holger Selg (2012). Nitriding of Fe-Mo Alloys and Maraging Steel: Structure, 
Morphology and Kinetics of Nitride Precipitation, PhD Thesis, University Stuttgart 
110 
[32]. I. Altinsoy, K. G. Onder, F. G. Celebi Efe, C. Bindal (2013). Gas nitriding 
behaviour of 34CrAlNi7 nitriding steel, Proceedings of the 3rd International 
Congress APMAS2013, Turkey, pages 414-416 
[33]. J. C. Díaz-Guillén, A. Campa-Castilla, S. I. Pérez-Aguilar, E. E. Granda-Gutiérrez 
(2009). Effect of duty cycle on surface properties of AISI 4340 using a pulsed 
plasma nitriding process, Superficies y Vacío 22(1), pages 1-4 
[34]. J. J. Braam, A. W. J. Gommers, S. Van Der Zwaag (1997). The influence of the 
nitriding temperature on the fatigue limit of 42CrMo4 and En40B steel, Jounal of 
Materials Science Letters 16, pages 1327-1329 
[35]. Jon L. Dossett, Howard E. Boyer (2006). Practical Heat Treating, ASM 
International, pages 152-158 
[36]. Joseph R. Davis (2002). Surface Hardening of Steels: Understanding the Basics, 
ASM International, pages 141-194 
[37]. Jovan Trifunović, Željko Đurišić, Dušan Mikičić, Amir Kunosić (2007). Surface 
finishing of wind turbine gear by pulsed plasma processes, European Wind Energy 
Conference & Exhibition, Vol 1, Italia, pages 1652-1656 
[38]. Jun Wang, Ji Xiong, Qian Peng, Hongyuan Fan, Ying Wang, Guijiang Li and 
Baoluo Shen (2009). Effects of DC plasma nitriding parameters on microstructure 
and properties of 304L stainless steel, Materials Characterization 60, pages 197-
203 
[39]. Kari-Michael Winter, Stefanie Hoja, Heintich Klumper-Westkamp (2010). State-of-
Art controlled nitriding and nitrocarburizing, United Process Controls 
[40]. Karl-Michael Winter (2009). Gaseous nitriding: In theory and in real life, United 
Process Controls 
[41]. Kazuhiro Yagita and Chikara Ohki (2010). Plasma Nitriding Treatment of High 
Alloy Steel for Bearing Components, NTN Technical Review No.78, pages 33-40 
[42]. Kazuhisa Kusumi, Takehide Senuma, Masaaki Sugiyama, Masayoshi Suehiro, 
Masako Nozaki (2005). Nitriding behavior and strengthening machanism of Ti-
added steel in rapid nitriding process, Nippon steel technical report, No.91, pages 
78-85 
[43]. Kyung Sub Jung (2011). Nitriding of iron-based ternary alloys: Fe-Cr-Ti and Fe-
Cr-Al, PhD Thesis, University Stuttgart 
[44]. L. F. Zagonel, J. Bettini, R. L. O. Basso, P. Paredez, H. Pinto, C. M. Lepienski, F. 
Alvarez (2012). Nanosized precipitates in H13 tool steel low temperature plasma 
nitriding, Surface and Coatings Technology, Vol 207, pages 72-78 
[45]. M. S. Shah, N. Khan, R. Ahmad (2009). Characterization and effect of argon-
nitrogen plasma on nitridation of aluminum alloy, PK ISSN 0022- 2941, CODEN 
JNSMAC, Vol. 49, No.1 & 2, pages 1-17 
[46]. M.Keddam, B. Bouarour, R. Kouba, R. Chegroune (2009). Evaluation of the 
diffusion coefficient of N in g’ iron nitride: Influence of the nitriding potential, 
Defect and Diffusion Forum Vols. 283-286, pages 133-138 
111 
[47]. M.S.J. Hashmi (2014). Case structure and properties of nitrided steels, 
Comprehensive materials processing, Elsevier, pages 442-445 
[48]. Manish Roy (2013). Surface Engineering for Enhanced Performance against Wear, 
Springer Science & Business Media 
[49]. Marcel A.J. Somers (2013). Nitriding and nitrocarburizing: Status and Future 
challenges, Technical university of Denmark, pages 1-10 
[50]. Marius Bibu (2004). The analysis of physical mechanical characteristics of 
structural steels subjected to plasma carbonnitriding, Metal 
[51]. Markus Albin Wohlschlögel (2008). Microstructural effects on stress in thin films, 
PhD Thesis, University Stuttgart 
[52]. Masahiro Nagae, Tetsuo Yoshio, Jun Takada and Yutaka Hiraoka (2005). 
Improvement in Recrystallization Temperature and Mechanical Properties of a 
Commercial TZM Alloy through Microstructure Control by Multi-Step Internal 
Nitriding, Materials Transactions, Vol. 46, No. 10, pages 2129 – 2134 
[53]. Mehmet Capa, Muzaffer Tamer, Turgut Gulmez, Cengiz Tahir Bodur (2000). Life 
Enhancement of Hot-Forging Dies by Plasma-Nitriding, Turk. J. Engin Environ Sci 
24, pages 111-117 
[54]. Mehran Maalekian (2007). The effects of alloying elements on steels (I), Technische 
Universität Graz, pages 10-15 
[55]. Mei Yang (2012). Nitriding – fundamentals, modeling and process optimization, 
PhD Thesis, Worcester Polytechnic Institute 
[56]. Mel Schwartz (2010). Innovations in materials manufacturing, Fabrication, and 
Enviromental safety, CRC Press, pages 480-488. 
[57]. Michael F. McGuire (2008). Stainless Steels for Design Engineers, ASM 
International, pages 9-11 
[58]. Patama Visut tipitukul, Tatsuhiko Aizawa, Hideyuki Kuwahara (2003). Advanced 
plasma nitriding for aluminum and aluminum alloys, Materials Transactions, Vol. 
44, No. 12, pages. 2695-2700 
[59]. Paul Hubbard (2007). Characterisation of a Commercial Active Screen Plasma 
Nitriding System, PhD Thesis, RMIT University 
[60]. R Politano (2013). Nitriding modelling in nanoscale, Journal of Physics: 
Conference Series 410, (2013)-012053 
[61]. Ralf Erich Schacherl (2004). Growth Kinetics and Microstructure of Gaseous 
Nitrided Iron Chromium Alloys, PhD Thesis, University Stuttgart 
[62]. Ravindra Kumar, J Alphonsa, Ram Prakash, K S Boob, J Ghanshyam, P A Rayjada, 
P M Raole, S Mukherjee (2011). Plasma nitriding of AISI 52100 ball bearing steel 
and effect of heat treatment on nitrided layer, Bull. Mater. Sci., Vol. 34, No. 1, 
pages. 153–159. 
[63]. Ryno Willem Nell (2010). Development of a novel nitriding plant for the pressure 
vessel of the PBMR Core Unloading Device, MSc Thesis, The North West 
University 
112 
[64]. Ryuji Kojima, Humihide Nakamura, Yoshiyasu Yoneyama, Kuniji Yashiro, 
Toshiko Totsuke (2005). US Patent No: US 20050070752 A1. Method for treating 
cyanide waste liquid 
[65]. S. Lampman (1991). Introduction to Surface Hardening of Steels, ASM Handbook, 
Vol 4, Heat Treating, pages 607-1014 
[66]. S. Mukherjee (2002). Plasma-based nitrogen incorporation techniques for surface 
modification, Current Science, Vol. 83, No. 3, pages 263-270 
[67]. S. R. Hosseini, F. Ashrafizadeh (2008). Evaluation of nitrogen diffusion in plasma 
nitried iron by various characterization techniques, International Journal of ISSI, 
Vol 5, No 2, pages 29-35 
[68]. S. R. Hosseini, F. Ashrafizadeh, A. Kermanpur (2010). Calculation and 
eperimentation of the compound layer thichness in gas and plasma nitriding of 
iron, Iranian Journal of Science & Technology, Transaction B: Engineering, Vol. 
34, No. B5, pages 553-566 
[69]. S. S. Akhta, A. F. M . Arif, Bekir Sami Yilbas (2009). Evaluation of gas nitriding 
process with in-process variation of nit riding potential for AISI H13 tool steel, Int 
J Adv Manuf Technol 
[70]. Sai Ramudu Meka (2011). Nitriding of iron-based binary and ternary alloys: 
microstructural development during nitride precipitation, PhD Thesis, University 
Stuttgart 
[71]. Sandra J. Midea (2000). Heat Treating, Including Steel Heat Treating In the New 
Millennium: An International Symposium In Honor of Professor George Krauss: 
Proceedings of the 19Th Conference, ASM International, pages 178-186 
[72]. Santosh S. Hosmani (2006). Nitriding of Iron-based Alloys; the Role of Excess 
Nitrogen, PhD Thesis, University Stuttgart 
[73]. Santosh S. Hosmani, Ralf E. Schacherl, Eric J. Mittemeijer (2009). Morphology 
and constitution of the compound layer formed in nitrided Fe-4wt%V alloy, J. 
Mater Sci, pages 520-527 
[74]. Satyapal, A.S. Khanna, Alphonsa Joseph (2013). Effect of Temperature on the 
Plasma Nitriding of Duplex Stainless Steels, International Journal of Engineering 
and Innovative Technology (IJEIT), Vol 2, Issue 11, pages 217-222 
[75]. Simon Richard Vallance Msci (2008). Microwave synthesis and mechanistic 
examination of the transition metal carbides, PhD Thesis, University of 
Nottingham 
[76]. Solis Romero J, Medina Flores A, Roblero Aguilar O (2013). Tribological 
evaluation of plasma nitride H13 steel, Superficies y Vacío 26(4), pages 131-138 
[77]. Song, You Young (2010). Thermodynamic study on B and Fe substituted Cr23C6 
using first-principles calculations, Master thesis, Pohang University of Science and 
Technology, pages 20-25 
113 
[78]. T. N. Baker (2009). Processes, microstructure and properties of vanadium 
microalloyed steels. Materials Science and Technology, Vol 25 (9), pages 1083-
1107. 
[79]. T.Epicier, D. Acevedo, M. Perez (2008). Carystallographic structure of vanadium 
carbide precipitates in a model Fe-C-V steel, Philosophical Magazine, Vol.88, 
No.1, pages 31-45 
[80]. Tadeusz Burakowski (1999). Surface Engineering of Metals: Principles, 
Equipments, Technologies, CRC Press 
[81]. Tatsuhiko Aizawa, Hideyuki Kuwahara (2003). Plasma nitriding as an 
environmentally benign surface structuring process, Materials Transactions, Vol. 
44, No. 7, pages 1303-1310 
[82]. Thomas Greßmann (2007). Fe-C and Fe-N compound layers: Growth kinetics and 
microstructure, PhD Thesis, University Stuttgart 
[83]. Thomas Wöhrle (2012). Thermodynamics and kinetics of phase transformations in 
the Fe-N-C system, PhD Thesis, University Stuttgart 
[84]. Torsten Holm (2007) Furnace atmospheres No.1: Gas carburising and 
Carbonitriding, Linde Gas Special Edition 
[85]. Torsten Holm, Lars Sproge (2009). Furnace atmosphere 3: Nitriding and 
Nitricarburizing, REIM–91083, AGA AB, S-181 81 SWEDEN, pages 1-47 
[86]. Torsten Holm (2007). Furnace Atmospheres No.3: Gas nitriding and 
Nitrocarborizing, Linde Gas 
[87]. Vijang G Pauaning (1981). Technical report on Equilibrium relationships in the 
iron-nitrogen system, Research on iron-nitrogen system, Contract No. W-19-020-
ORD-6474, Massachusetts Institute of Technology 
[88]. Von Yakub Adesoga Tijani (2008). Modeling and Simulation of Thermochemical 
Heat Treatment Processes: A Phase Field Calculation of Nitriding in Steel, PhD 
Thesis, Universit¨at Bremen 
[89]. Xiaolan Wang (2011). Activated atmosphere case hardening of steels, PhD Thesis, 
Worcester Polytechnic Institute 
[90]. Y. Wei, Z. Zurecki, R.D. Sisson Jr (2012). Thermodynamic model-assisted 
evaluation of phase transformations in subcritical austenitic nitriding, Air Products 
and Chemicals, Inc 
[91]. Yu. Z. Ionikh, A. V. Meshchanov, F. B. Petrov, N. A. Dyatko and A. P. 
Napartovich (2008). Partially Constricted Glow Discharge in an Argon–Nitrogen 
Mixture, Plasma Physics Reports, Vol. 34, No. 10, pages 867–878 
[92]. Zdenek Pokorny, Jaromír Kadlec, Vojtech Hrubý, Miroslav Pospíchal, Dung Q 
Tran, Tereza Mrázková, Lacslo Fecso (2011). Hardness of Plasma nitrided layers 
created at different conditions, Chem.Listy 105, pages 717-720