离子氮化

离子渗氮法是由德国人B.Berghaus于1932年发明的。目前，我国在离子渗氮的某些理论和技术方面 已处于高水平。该法在0.1-10Torr的含氮气氛中，以炉体为阳极，被处理工件为阴极，在阴阳极间 加上数百伏的直流电压，由于辉光放电现象便会产生象霓虹灯一样的柔光覆盖在被处理工件的表面。此 时，已离子化了的气体成份被电场加速，撞击被处理工件表面使其加热。同时依靠溅射及离子化作用等进 行渗氮处理。 

综上所述，离子渗氮是在真空炉体内,通过稀薄气体放电，形成由离子、电子和中性粒子所构成的局部电离状态(即等离子体)中进行处理的。 离子渗氨开始应用于生产实际，至今已经有四十余年，等离子渗氮已经成为离子热处理技术中较成熟、较普及较富有生命力的工艺之一。

与气体渗氮相比，离子渗氮具有许多优点，主要表现在： 

一、由于离子渗氮不是依靠化学反应作用，而是利用离子化了的含氮气体进行渗氮处理，所以无需防止公害的环保 

设备。因此，离子渗氮法也被称为二十一世纪的"绿色渗氮法"。 

二、离子渗氮是在真空中进行，因而可获得无氧化的加工表面，也不会损坏被处理工件的表面光洁度。而且由于是 在低温下进行处理（380℃ 起即可进行氮化处理），被处理工件的变形量小，尺寸稳定性好，可以满足精 密模具及 精度高的零部件要求，处理后无需再进行加工，适合于成品的处理。 

三、气体渗氮时间长，表面粗糙，硬而脆不耐磨。气体渗氮的工件，表面通常会出现较厚（20um 以上）的化合物 层，这是由 +Y'两相组成的不均匀混合物层，里层则为扩散层。因此，在化合物层内产生三向显微应 力，若在此应 力方向上再略加外力，就会产生微小裂纹，此裂纹逐渐扩展而使整个化合物层剥落。含铭、铝渗氮钢的化合物层很 脆，气体渗氮后一般均要把它磨去后才能使用。而离子渗氮可以通过控制气氛中氮气和 氢气的比例，可以获得 5-30um 厚的脆性较小的 相单相层或 0-8um 厚的韧性 Y'相单相层，也可以得到韧性更优的无化合物层而仅有扩散层的渗氮层，这样可以不需要磨削直接装机使用. 

四、 由于不锈钢表面钝化膜的阻碍，传统的气体渗氮前须做去钝处理，因工艺十分繁杂，且不易控制，效果也难保证。离子渗氮的溅射作用可有效地除去这层钝化膜，而无需做去钝处理，因此离子渗氮工艺为不锈钢的表面强化 

提供了一条新的途径。 

经离子渗氮的工件渗氮层致密性好，硬度高，耐磨性、抗咬合性及抗蚀性等方面均优于气体渗氮。 

影响离子渗氮效果的主要因素 

一种零件能否采用离子渗氮来进行表面强化，应根据该零件在实际使用条件下服役状况而定，否则可能适得其反。从理论上讲，几乎所有的钢铁材料均可以实施离子渗氮处理，但不同的材料渗氮后实际使用效果却有着很大的差 异。即使是同种材料，其预先热处理状态不同，渗氮后的实际使用效果也会不同。这说明，材料的渗氮效果一方面 与材料的选择有关，另一方面还与该材料的前期机械加工和预先热处理有关。 

渗氮前为什么要进行预先热处理 

为了保证渗氮件心部具有必要的力学性能(也称机械性能)，消除加工过程中的内应力，减少渗氮变形， 为获得良好的渗层组织性能提供必要的原始组织，并为机加工提供条件，零件渗氮前一般均应进行不同的预先热处理。常用的预先热处理工艺有调质、淬火+回火、正火及退火 

. 1、调质是结构钢常用的预先热处理工艺，调质的回火温度至少要比渗氮温度高30-60℃回火温度应根据基体性能和渗 层性能的要求综合确定。 调质引起的脱碳对渗层脆性和硬度影响很大，所以调质前的工件应留有足够的加工余量，以保证机械加工时能将 脱碳层全部切除。 对渗氮后变形要求很严的工件，在精加工前(如精磨)还应进行一次或多次稳定化处理，稳定化处理温度应低于调 质温度而咼于渗氮温度。 

2、 工、模具钢渗氮前预先热处理工艺一般采用淬火+回火。 

3、 马氏体不锈钢滲氮前的预先热处理工艺一般采用淬火 +回火，目的是为了消除加工应力和改善组织，对硬度要求 不高的渗氮件可采用退火处理.奥氏体不锈钢通常采用固溶处理。 

4、 正火预先热处理只适用对心部强度和初性要求不高的渗氮件， 

5、 球铁的预先热处理多采用正火处理。 

6、 退火处理在钛合金中运用较多，结构钢极少采用退火处理。38CrMoAI钢不允许采用退火处理，否则渗层组织中易出现针状氮化物。 

7、 对于经过变形处理(如冲压、锻模、机加工等)的零件，应进行去应力退火处理，以减少渗层变形。 

特别强调的是，细小的原始组织比粗大的原始组织渗氮后有更高的表面硬度及良好的硬度梯度 ，因此，正火时冷 却速度不宜过慢，调质时回火温度不应过高，保温时间不应太长。截面尺寸大的零件不宜用正火态，而应调质处理， 总之，渗氮前采用何种预先热处理工艺，应根据工件的使用性能综合确定。