Qual è il ruolo dell'azoto nella brasatura sotto vuoto?

Il ruolo principale della fase del vuoto:
L'ambiente sotto vuoto del forno per brasatura sotto vuoto è fondamentale per il processo di brasatura. Evacuando il forno, l'ossigeno, il vapore acqueo e altri gas reattivi vengono in gran parte rimossi dalla camera del forno.

Ciò impedisce l'ossidazione del metallo di base e del metallo d'apporto per brasatura durante il processo di riscaldamento e di brasatura ad alta-temperatura. L'ossidazione può influenzare gravemente la bagnabilità e la scorrevolezza del metallo d'apporto, portando a una scarsa qualità del giunto brasato (come penetrazione incompleta, porosità e inclusioni).

Il vuoto aiuta inoltre a rimuovere i gas adsorbiti sulla superficie del pezzo, i prodotti della decomposizione dell'olio e alcuni ossidi metallici (che possono essere ridotti in determinate condizioni), ottenendo una superficie pulita e altamente reattiva che favorisce una buona diffusione e adesione della brasatura.

Il ruolo critico dell'azoto introdotto durante la fase di raffreddamento:
Quando la fase di brasatura termina e inizia la fase di raffreddamento, nonostante il vuoto nel forno, la superficie del pezzo ad alta-temperatura (in genere superiore a 600 gradi) rimane altamente chimicamente attiva.

Se a questo punto l'aria viene introdotta direttamente nel forno (rompendo il vuoto), l'ossigeno presente nell'aria subirà immediatamente una violenta reazione di ossidazione con la superficie metallica calda, provocando una grave ossidazione e scolorimento (bluastro o annerito) sulla superficie del pezzo. Ciò può anche influenzare le proprietà del materiale o la successiva lavorazione (come la galvanica).

Soluzione: iniezione di azoto (N₂)
1. Atmosfera protettiva: prima che la temperatura del pezzo scenda a un livello sicuro (in genere inferiore a 400-500 gradi, a seconda del materiale), azoto di elevata purezza (che in genere richiede un punto di rugiada molto basso, come<-40°C) is injected into the vacuum furnace to restore the furnace to a positive pressure (at or slightly above atmospheric pressure).

2. Isolamento dell'ossigeno: l'azoto iniettato riempie la camera del forno, diluendo e isolando eventuali tracce di ossigeno rimanenti e creando al contempo un ambiente inerte attorno al pezzo.

3. Anti-ossidazione: l'azoto è un gas inerte (per i metalli più comunemente brasati, come acciaio inossidabile, acciaio al carbonio, leghe di rame e leghe di nichel). Non reagisce chimicamente con questi metalli alle alte temperature, proteggendo efficacemente il pezzo dall'ossidazione e dallo scolorimento durante il lento processo di raffreddamento a una temperatura sicura.

4. Raffreddamento accelerato (effetto ausiliario): rispetto allo stato di vuoto (che si basa principalmente sulla radiazione per la dissipazione del calore), l'aggiunta di azoto consente il trasferimento di calore per convezione, rimuovendo il calore dal pezzo in lavorazione e dalla struttura del forno più rapidamente rispetto al puro raffreddamento sotto vuoto, accelerando così il processo di raffreddamento e migliorando l'efficienza produttiva. Tuttavia, questo è generalmente uno scopo secondario; lo scopo primario resta la prevenzione dell'ossidazione.

Perché scegliere l'azoto?

1. Inerzia: è inerte rispetto ai metalli più comunemente utilizzati nell'intervallo di temperature di raffreddamento.

2. Costo: rispetto ad altri gas inerti come argon ed elio, l'azoto è la scelta più economica e offre notevoli vantaggi in termini di costi per applicazioni industriali su larga-scala.

3. Disponibilità: la tecnologia di produzione dell'azoto è matura e l'azoto ad elevata-purezza è facilmente disponibile.

4. Sicurezza: non-tossico e inodore, è relativamente sicuro (anche se alte concentrazioni comportano comunque un rischio di asfissia, quindi si consiglia cautela).
Riepilogo:
Durante il funzionamento di un forno per brasatura sotto vuoto, l'ambiente sotto vuoto previene l'ossidazione e pulisce la superficie durante il riscaldamento e la brasatura. L'azoto viene introdotto durante la fase critica di raffreddamento (zona ad alta-temperatura) come atmosfera protettiva, prevenendo l'ossidazione e lo scolorimento del pezzo caldo a contatto con l'aria durante il raffreddamento. Questo è un passaggio fondamentale per garantire una superficie brillante e pulita e mantenere le proprietà del materiale.

L'azoto viene utilizzato principalmente per la sua inerzia (verso la maggior parte dei metalli) e per il suo notevole rapporto costo-efficacia. Per alcune leghe speciali ad alta-temperatura o leghe di titanio che possono reagire con l'azoto (ad esempio formando nitruri), l'argon può essere utilizzato come gas di raffreddamento e protezione.