等離子體滲氮技術(shù)

該法是在0.1~10Torr的含氮?dú)夥罩?，以爐體為陽(yáng)極，被處理工件為陰極，在陰陽(yáng)極間加上數(shù)百伏的直流電壓，由于輝光放電現(xiàn)象便會(huì)產(chǎn)生象霓虹燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時(shí)，已離化了的氣體成分被電場(chǎng)加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時(shí)依靠濺射及離子化作用等進(jìn)行氮化處理。

離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來進(jìn)行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現(xiàn)已被廣泛應(yīng)用與汽車、機(jī)械、精密儀器、擠壓成型機(jī)、模具等許多領(lǐng)域，而且其應(yīng)用范圍仍在日益擴(kuò)大。

離子氮化法具有以下一些優(yōu)點(diǎn)：

1、由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用，而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理，所以工作環(huán)境十分清潔而無(wú)須防止公害的特別設(shè)備。

2、由于離子氮化法利用了離子化了的氣體濺射作用，因而與以往的氮化處理相比可顯著的縮短處理時(shí)間（離子氮化的時(shí)間僅為普通氣體滲氮時(shí)間的1/3~1/5）。

3、由于離子氮化法利用輝光放電直接進(jìn)行加熱，也無(wú)需特別的加熱和保溫設(shè)備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上，達(dá)到節(jié)能效果（能源消耗僅為氣體滲氮的40%~70%）。

4、由于離子氮化實(shí)在真空中進(jìn)行，因而可獲得無(wú)氧化的加工表面也不損害被處理工件的表面光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理，被處理工件的變形量極小，處理后無(wú)需再進(jìn)行加工，極適合于成品的處理。

5、通過調(diào)節(jié)N、H、X等氣體的比例，可自由地調(diào)節(jié)化合物層的組成，從而獲得預(yù)期的機(jī)械性能。

6、離子氮化從380℃起即可進(jìn)行氮化處理，此外，對(duì)鈦等合金特殊材料也可在850℃的高溫下進(jìn)行特殊的離子氮化處理，因而適應(yīng)范圍十分廣泛。

7、由于離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行，因而耗氣量極少（僅為氣體滲氮的百分之幾），可以大大降低處理成本。

盡管離子滲氮技術(shù)的研究早在上世紀(jì)三十年代就開始了，但直至1967年，這一技術(shù)才達(dá)到工業(yè)實(shí)用階段。六十年代末期，我國(guó)開始了離子滲氮工藝和設(shè)備的研究，進(jìn)而由試制到生產(chǎn)應(yīng)用并創(chuàng)新發(fā)展。我國(guó)在離子滲氮某些理論和技術(shù)方面已處在世界領(lǐng)先水平。

離子滲氮技術(shù)應(yīng)用的迅猛發(fā)展得益于這一工藝自身的諸多特點(diǎn)。離子滲氮的應(yīng)用日益廣泛，應(yīng)用對(duì)象從碳鋼到合金鋼，從工具鋼到不銹鋼，從鑄鐵到鑄鋼無(wú)所不及，又?jǐn)U展到鈦合金和粉末冶金件的表面強(qiáng)化。隨著人們對(duì)這一工藝的認(rèn)識(shí)進(jìn)一步深入，其應(yīng)用前景將更加廣闊。離子滲氮還與其他工藝方法相互滲透，相互補(bǔ)充，進(jìn)一步擴(kuò)大了其應(yīng)用領(lǐng)域。2100433B

應(yīng)當(dāng)指出，適宜于滲氮的鋼很多，為了獲得最好的表面層性能和 心部性能，根據(jù)不同需要選擇不同的鋼號(hào)，常用滲氮鋼的性能及 用途見表1。

38CrMoAl鋼

38CrMoAl鋼是常用的典型滲氮用鋼，其中鋁與氮有極大的 親和力，是形成氮化物，提高滲氮層強(qiáng)度、硬度的主要合金元 素。AlN很穩(wěn)定，到約1000℃的溫度在鋼中不發(fā)生溶解。由于鋁 的作用使鋼具有良好的滲氮性能，此鋼經(jīng)過滲氮后表面硬度高達(dá) 1100～1200HV（相當(dāng)于67～72HRC）。鋼中的鉻、鉬也能形成氮 化物，提高滲層硬度，還能提高鋼的淬透性和回火穩(wěn)定性，消除 因含鋁造成的晶粒粗大，提高鋼的強(qiáng)度和韌度。此外，鉬還有消 除鋼的回火脆性的作用。

38CrMoAlA鋼

38CrMoAlA鋼的淬透性并不高，油淬時(shí)其臨界直徑為30mm 左右。厚度在50mm以下的，可采用油淬; 厚度超過50mm的， 多采用水淬油冷。38CrMoAlA鋼的脫碳傾向較嚴(yán)重，若表面脫碳 層沒有除盡，滲氮時(shí)易在滲氮層表面形成一種針狀氮化物，不僅 使?jié)B氮層硬度降低，也使?jié)B氮層變脆。含鋁高的鋼，鋼液黏性 大，冶金質(zhì)量難控制，鋼材易出現(xiàn)偏析、夾雜、發(fā)紋、巖石狀斷 口及層狀組織等缺陷。38CrMoAlA鋼的化學(xué)成分及熱加工規(guī)范見 表8-5。

滲氮的目的是為了提高結(jié)構(gòu)件、工具、模具的硬度、耐磨性 以及疲勞壽命，提高工件在腐蝕介質(zhì)環(huán)境的耐蝕性。滲氮鋼種的 含碳量包括了從低碳到高碳的范圍，它們可以是碳鋼也可以是合 金鋼。如果用碳鋼進(jìn)行滲氮，形成穩(wěn)定性不高的Fe₄N和Fe₂N， 溫度稍高，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強(qiáng)度和韌性。為了在表面得到高硬度和 高耐磨性，同時(shí)獲得強(qiáng)而韌的心部組織，必須向鋼中加入一方面 能與氮形成穩(wěn)定的氮化物，另外，還能強(qiáng)化心部的合金元素，如 Al、Ti、V、W、Mo、Cr等，均能和氮形成穩(wěn)定的化合物。其中 Cr、W、Mo、V，還可以改善鋼的組織，提高鋼的強(qiáng)度和韌性。