氣體滲氮時，不銹鋼(gang)零件必須清除表面鈍化膜，且滲氮時間較長；液體軟滲氮雖然不需要清除鈍化膜，但鹽浴有毒，對人體有害，對環境也是污染。目前，不銹鋼零件滲氮應用較多的就是離子滲氮。不銹鋼零件在離子滲氮時，由于離子轟擊的作用，可以自動去除不銹鋼、耐熱(re)鋼零件表面的鈍化膜，并可直接進行不銹鋼零件的滲氮。與氣體滲氮相比，離子滲氮具有以下優點：
1. 滲(shen)入速度快
在滲(shen)氮溫(wen)度和保(bao)溫(wen)時間相同的情況下，離子(zi)滲(shen)氮所得到(dao)的滲(shen)氮層(ceng)厚度明顯大(da)于氣體(ti)滲(shen)氮層(ceng)深度，特別(bie)是(shi)淺層(ceng)滲(shen)氮時（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子(zi)滲(shen)氮的速度是(shi)氣體(ti)滲(shen)氮的兩(liang)倍以上。
2. 零件變形小
由于離(li)子滲氮是通過陰極濺射進行的(de)，因此(ci)抵消(xiao)掉了一部分因氮的(de)滲入引(yin)起的(de)零件尺(chi)寸(cun)的(de)漲量(liang)。同時離(li)子滲氮溫度(du)較低，變(bian)形較小。
3. 滲氮(dan)組織易于控(kong)制(zhi)
通過調節滲(shen)氮(dan)氣體的成分可以對滲(shen)層組(zu)織進行(xing)適(shi)當的控制，并降低不銹鋼零件的脆性。
4. 易于實現局部滲氮
用機械屏蔽(bi)法即(ji)可對(dui)非滲(shen)氮部位進(jin)行有效的(de)保護(hu)(hu)，比氣(qi)體滲(shen)氮采用電鍍、涂料(liao)等保護(hu)(hu)法經(jing)濟(ji)、簡便。
離(li)子(zi)滲(shen)氮是在(zai)(zai)離(li)子(zi)滲(shen)氮爐中(zhong)進行的，在(zai)(zai)低真空下，向爐中(zhong)通入氨氣或氮氫混(hun)合氣體(ti)。以工件(jian)為(wei)陰極，爐壁為(wei)陽極，在(zai)(zai)直(zhi)流電(dian)壓(ya)的作用下引起輝光放電(dian)，氮被離(li)子(zi)化，并以高速(su)向工件(jian)表(biao)面(mian)轟擊，一方面(mian)使工件(jian)表(biao)面(mian)產生離(li)子(zi)濺(jian)射，造成晶格(ge)缺陷(xian)；另一方面(mian)，轟擊產生熱能(neng)，加熱工件(jian)表(biao)面(mian)。氮離(li)子(zi)被工件(jian)表(biao)面(mian)擒獲、吸收，并向工件(jian)內部擴散。
一、離(li)子滲氮的(de)工藝參(can)數
離子滲氮的(de)主要工藝(yi)參數為：
1. 真(zhen)空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子(zi)應在(zai)限(xian)定時(shi)間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣(qi)體常用壓力為(wei)266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光(guang)電壓(ya)(ya)：加(jia)熱(re)電壓(ya)(ya)為(wei)(wei)550~750V;在保溫階(jie)段(duan),電壓(ya)(ya)應適(shi)當比(bi)加(jia)熱(re)階(jie)段(duan)電壓(ya)(ya)略低,通常為(wei)(wei)550~650V。形狀簡(jian)單取(qu)650V,形狀復(fu)雜取(qu)550V。
5. 滲氮溫度：一般取450~600℃,即使(shi)在400℃以下也能滲氮處理。滲氮溫度低時滲層薄,但溫度過高(gao)則(ze)氮化物粗化、硬度下降并(bing)降低抗粘模能力。工廠里多(duo)采(cai)用(yong)510-550℃,效果較佳。
6. 滲氮時間(jian)：離子滲氮時間(jian)的(de)選(xuan)擇主要取決(jue)于零件所選(xuan)用(yong)的(de)材料(liao)、要求(qiu)的(de)滲氮層深度(du)以及滲氮的(de)溫度(du)。不銹鋼零件一般取2~6h。
7. 滲氮氣氛：目前,一般使用的是預先經過熱分解的氨氣進行離子滲氮,可以較好地解決直接通氨進行離子滲氮時所產生的一些缺陷,而且方法簡便。有的單位采用N2和H2的混合氣體進行滲氮,H作為稀釋氣體加人可調節滲氮氣氛的氮勢(N和H2的比例可在20:80到80:20之間變化),從而較容易地對滲氨層組織進行控制,提高不銹鋼零件的滲氮質量。
二、滲(shen)氮前的準備
為了控制滲(shen)氮質量,必須對零件的預處理、設備真空性能、滲(shen)氮操(cao)作進(jin)行嚴格控制。
1. 零(ling)件的(de)調質(zhi)處(chu)理(li)或固溶處(chu)理(li)：馬氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼調(diao)質(zhi)后,其基(ji)體(ti)為回火索氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織,提(ti)高了基(ji)體(ti)強度和韌性(xing)及(ji)疲勞(lao)性(xing)能。同樣條件下,調(diao)質(zhi)后滲氮層深度可提(ti)高20%以上,硬度也(ye)有(you)所(suo)提(ti)高。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)不銹鋼固溶后可獲得單一的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織,有(you)利于滲氮層深度的提(ti)高。
2. 消(xiao)除應(ying)力退火(huo)：為(wei)了減少(shao)不銹鋼零件(jian)滲(shen)氮后的(de)變(bian)形(xing),在(zai)半精加(jia)工(gong)后、精加(jia)工(gong)前,加(jia)一次消除加(jia)工(gong)應力退(tui)火(huo)處理。退(tui)火(huo)溫(wen)度為(wei)600-700℃,保溫(wen)時間為(wei)2-4h,可減少(shao)變(bian)形(xing)。
3. 不(bu)銹(xiu)鋼零件在滲氮前應(ying)進行脫脂除銹(xiu),清(qing)理飛邊(bian)毛刺,消除弧光放電。
4. 應進行設備極(ji)限真(zhen)空(kong)度試驗,爐子應在(zai)限定(ding)的(de)(de)時間內達到6.65Pa。否則,在(zai)沒有足夠的(de)(de)極(ji)限真(zhen)空(kong)度下,容易引起(qi)工件在(zai)滲氮(dan)和(he)冷卻過程中的(de)(de)氧化,加大氮(dan)原(yuan)子擴(kuo)散阻(zu)力。
5. 真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)持試驗。真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)持和極限真(zhen)空(kong)(kong)度有密切關系(xi)。實踐證(zheng)明,爐(lu)子(zi)的真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)持(即壓升率)為爐(lu)壓每分(fen)鐘上升0.133~0.266Pa時,即能(neng)滿足工藝要求。一般開5爐(lu)后(hou)即應作一次真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)持試驗。
三、滲氮操作
滲(shen)氮的具(ju)體操作如下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲氮件表面(mian)和內孔的油污、銹斑(ban)以及孔內殘存(cun)的切屑(xie)。
2. 裝爐(lu)：同爐(lu)處理的待滲氮(dan)件應為同種零(ling)(ling)件或表面積(ji)和重量之(zhi)比接近(jin)的零(ling)(ling)件。零(ling)(ling)件與陰極托盤之(zhi)間(jian)接觸良好,零(ling)(ling)件間(jian)距一般為40~70mm。如能保證質量,也可以(yi)多種零(ling)(ling)件混(hun)裝。
3. 待滲(shen)(shen)氮件(jian)需(xu)防滲(shen)(shen)部位和不需(xu)滲(shen)(shen)氮的小孔(kong)、窄縫應進(jin)行覆蓋(gai)、屏蔽(bi)。待滲(shen)(shen)氮件(jian)至陽極距離(li)大致相等(deng)，在待滲(shen)(shen)氮件(jian)預測溫度可能偏低的部位可設置輔助(zhu)陰(yin)極和輔助(zhu)陽極。
4. 試樣安放的位(wei)置應(ying)保證在(zai)滲氮時與零件的溫(wen)度一致，或采(cai)用模(mo)擬試件。
5. 蓋上爐罩，起(qi)動真空泵(beng)，待(dai)爐壓(ya)至(zhi)極限真空度(du)后停泵(beng)，使(shi)爐內壓(ya)升至(zhi)常壓(ya)，并(bing)重復(fu)一次。這樣也(ye)能降低起(qi)輝電壓(ya)，縮短打散弧時間(jian)。
6. 氨干(gan)(gan)燥(zao)處理：供貨態的氨，有一定的殘存水分會隨氨進入爐內，容易使化合物(wu)層(ceng)出現ε相。干(gan)(gan)燥(zao)器最好(hao)用不銹(xiu)鋼板焊接，填充(chong)硅膠(jiao)、木(mu)炭等干(gan)(gan)燥(zao)劑。在滲氮過程中，若(ruo)氨氣流量計出現小水珠，應對干(gan)(gan)燥(zao)劑進行烘干(gan)(gan)或更換(huan)。
7. 氨(an)熱分(fen)解(jie)：氨(an)熱分(fen)解(jie)可通過750℃左(zuo)右的(de)蛇形(xing)(xing)或(huo)螺旋形(xing)(xing)熱分(fen)解(jie)器(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)的(de)內徑為(wei)8～12mm，由不銹鋼管制成(cheng)，展開長度(du)為(wei)1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)可置(zhi)于箱(xiang)式電(dian)爐內，也(ye)可用(yong)6kW左(zuo)右的(de)專用(yong)封閉式小型電(dian)爐。
8. 正壓(ya)(ya)狀態(tai)供氮：輸氮管(guan)路一(yi)般都比(bi)較長(chang)，接(jie)頭(tou)多，而且(qie)常存在(zai)(zai)盤折(zhe)現(xian)(xian)象。氨壓(ya)(ya)在(zai)(zai)管(guan)壁(bi)損失大(da)，加之干燥器的阻力，使流量(liang)計(ji)進氣端接(jie)頭(tou)等(deng)處有(you)可能出現(xian)(xian)負壓(ya)(ya)。若這些地(di)方不嚴密，空氣進入流量(liang)計(ji)，混入爐內，將造成零(ling)件滲氮層薄且(qie)硬度低等(deng)缺陷。所(suo)以流量(liang)計(ji)一(yi)側(ce)應維持(chi)正壓(ya)(ya)，輸氨管(guan)路應盡量(liang)短(duan)，各個接(jie)頭(tou)要(yao)牢固。
9. 采用合適的電壓點燃輝光后(hou)，采用逐步交替(ti)升(sheng)高壓和氣壓的程(cheng)序進行清(qing)理和升(sheng)溫，升(sheng)溫速度一般以(yi)250～350℃／h為宜。升(sheng)溫速度過(guo)快，會增加零(ling)件的變形量，因此易變形零(ling)件在400℃以(yi)上應緩慢加熱(re)。
10. 冷(leng)(leng)卻水要適量：保溫期間(jian)冷(leng)(leng)卻水不宜(yi)過大，爐體表面溫度(du)維(wei)持在(zai)30℃左右即可。
11. 弱輝(hui)降(jiang)溫：保溫階段結束后，提高爐內真空度，減(jian)小(xiao)電(dian)流，以不使輝(hui)光熄滅為度（傳統上是(shi)關閉(bi)閥門(men)停止供氣和(he)抽氣，切(qie)斷輝(hui)光電(dian)源，零件在滲氮氣氛中隨爐冷卻(que)(que)(que)）。待爐溫降(jiang)到250℃以下時滅輝(hui)，再加大氨量和(he)冷卻(que)(que)(que)水量，冷卻(que)(que)(que)0.5h。
12. 零件(jian)溫度降到200℃以下方可出爐。
13. 零件出爐后應進行外觀、硬(ying)度、滲氮深度、金相組(zu)織、變形量的檢(jian)查。
部分不(bu)銹鋼常用滲氮工藝(yi)規范見(jian)表3-21，離子滲碳(tan)時的氨氣流(liu)量可根據設備功率參照(zhao)表3-22選取。
