等离子体渗氮技术

该法是在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，已离化了的气体成分被电场加速，撞击被处理工件表面而使其加热。同时依靠溅射及离子化作用等进行氮化处理。

离子氮化法与以往的靠分解氨气或使用氰化物来进行氮化的方法截然不同，作为一种全新的氮化方法，现已被广泛应用与汽车、机械、精密仪器、挤压成型机、模具等许多领域，而且其应用范围仍在日益扩大。

离子氮化法具有以下一些优点：

1、由于离子氮化法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氮化处理，所以工作环境十分清洁而无须防止公害的特别设备。

2、由于离子氮化法利用了离子化了的气体溅射作用，因而与以往的氮化处理相比可显著的缩短处理时间（离子氮化的时间仅为普通气体渗氮时间的1/3~1/5）。

3、由于离子氮化法利用辉光放电直接进行加热，也无需特别的加热和保温设备，且可以获得均匀的温度分布，与间接加热方式相比加热效率可提高2倍以上，达到节能效果（能源消耗仅为气体渗氮的40%~70%）。

4、由于离子氮化实在真空中进行，因而可获得无氧化的加工表面也不损害被处理工件的表面光洁度。而且由于是在低温下进行处理，被处理工件的变形量极小，处理后无需再进行加工，极适合于成品的处理。

5、通过调节N、H、X等气体的比例，可自由地调节化合物层的组成，从而获得预期的机械性能。

6、离子氮化从380℃起即可进行氮化处理，此外，对钛等合金特殊材料也可在850℃的高温下进行特殊的离子氮化处理，因而适应范围十分广泛。

7、由于离子氮化是在低气压下以离子注入的方式进行，因而耗气量极少（仅为气体渗氮的百分之几），可以大大降低处理成本。

尽管离子渗氮技术的研究早在上世纪三十年代就开始了，但直至1967年，这一技术才达到工业实用阶段。六十年代末期，我国开始了离子渗氮工艺和设备的研究，进而由试制到生产应用并创新发展。我国在离子渗氮某些理论和技术方面已处在世界领先水平。

离子渗氮技术应用的迅猛发展得益于这一工艺自身的诸多特点。离子渗氮的应用日益广泛，应用对象从碳钢到合金钢，从工具钢到不锈钢，从铸铁到铸钢无所不及，又扩展到钛合金和粉末冶金件的表面强化。随着人们对这一工艺的认识进一步深入，其应用前景将更加广阔。离子渗氮还与其他工艺方法相互渗透，相互补充，进一步扩大了其应用领域。2100433B

应当指出，适宜于渗氮的钢很多，为了获得最好的表面层性能和 心部性能，根据不同需要选择不同的钢号，常用渗氮钢的性能及 用途见表1。

38CrMoAl钢

38CrMoAl钢是常用的典型渗氮用钢，其中铝与氮有极大的 亲和力，是形成氮化物，提高渗氮层强度、硬度的主要合金元 素。AlN很稳定，到约1000℃的温度在钢中不发生溶解。由于铝 的作用使钢具有良好的渗氮性能，此钢经过渗氮后表面硬度高达 1100～1200HV（相当于67～72HRC）。钢中的铬、钼也能形成氮 化物，提高渗层硬度，还能提高钢的淬透性和回火稳定性，消除 因含铝造成的晶粒粗大，提高钢的强度和韧度。此外，钼还有消 除钢的回火脆性的作用。

38CrMoAlA钢

38CrMoAlA钢的淬透性并不高，油淬时其临界直径为30mm 左右。厚度在50mm以下的，可采用油淬; 厚度超过50mm的， 多采用水淬油冷。38CrMoAlA钢的脱碳倾向较严重，若表面脱碳 层没有除尽，渗氮时易在渗氮层表面形成一种针状氮化物，不仅 使渗氮层硬度降低，也使渗氮层变脆。含铝高的钢，钢液黏性 大，冶金质量难控制，钢材易出现偏析、夹杂、发纹、岩石状断 口及层状组织等缺陷。38CrMoAlA钢的化学成分及热加工规范见 表8-5。

渗氮的目的是为了提高结构件、工具、模具的硬度、耐磨性 以及疲劳寿命，提高工件在腐蚀介质环境的耐蚀性。渗氮钢种的 含碳量包括了从低碳到高碳的范围，它们可以是碳钢也可以是合 金钢。如果用碳钢进行渗氮，形成稳定性不高的Fe₄N和Fe₂N， 温度稍高，就容易聚集粗化，表面不可能得到更高的硬度，并且 其心部也不能具有更高的强度和韧性。为了在表面得到高硬度和 高耐磨性，同时获得强而韧的心部组织，必须向钢中加入一方面 能与氮形成稳定的氮化物，另外，还能强化心部的合金元素，如 Al、Ti、V、W、Mo、Cr等，均能和氮形成稳定的化合物。其中 Cr、W、Mo、V，还可以改善钢的组织，提高钢的强度和韧性。