氣體滲氮時，不銹鋼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. 滲入速度快
在滲氮(dan)(dan)溫度(du)和保(bao)溫時(shi)間相同的(de)情況下，離子(zi)滲氮(dan)(dan)所得到的(de)滲氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)厚(hou)度(du)明顯大于氣(qi)體(ti)滲氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)深度(du)，特(te)別是淺(qian)層(ceng)(ceng)滲氮(dan)(dan)時(shi)（滲層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子(zi)滲氮(dan)(dan)的(de)速(su)度(du)是氣(qi)體(ti)滲氮(dan)(dan)的(de)兩(liang)倍以上。
2. 零件變形小
由于離子(zi)滲氮(dan)是通過陰極濺射進(jin)行的(de)，因此抵消掉(diao)了一部(bu)分因氮(dan)的(de)滲入(ru)引起的(de)零件(jian)尺寸的(de)漲量。同時(shi)離子(zi)滲氮(dan)溫度較低，變形(xing)較小(xiao)。
3. 滲氮組織易于控制(zhi)
通過調(diao)節滲氮氣體(ti)的(de)(de)成分可(ke)以對滲層組織進行適當的(de)(de)控(kong)制，并降低不銹(xiu)鋼零件的(de)(de)脆性。
4. 易于實現局部滲氮
用機械屏蔽法即可(ke)對非滲氮部位(wei)進行有效(xiao)的保(bao)護，比氣(qi)體(ti)滲氮采用電鍍、涂料等保(bao)護法經(jing)濟(ji)、簡便。
離(li)子(zi)滲氮(dan)是在(zai)(zai)離(li)子(zi)滲氮(dan)爐(lu)中進行的，在(zai)(zai)低真空下，向(xiang)爐(lu)中通入(ru)氨氣或氮(dan)氫混合(he)氣體。以工(gong)件(jian)為(wei)陰極，爐(lu)壁為(wei)陽(yang)極，在(zai)(zai)直流電壓的作用下引起(qi)輝光放電，氮(dan)被離(li)子(zi)化，并以高速向(xiang)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)轟擊(ji)，一方(fang)面(mian)(mian)(mian)使(shi)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)產生(sheng)離(li)子(zi)濺射，造成晶(jing)格缺(que)陷(xian)；另一方(fang)面(mian)(mian)(mian)，轟擊(ji)產生(sheng)熱能，加熱工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)。氮(dan)離(li)子(zi)被工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)(mian)擒獲、吸收(shou)，并向(xiang)工(gong)件(jian)內部擴散。
一、離子滲氮的工藝參數
離(li)子(zi)滲(shen)氮的(de)主要工藝參數為：
1. 真空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子應在(zai)限定時間(jian)達到(dao)6.65Pa。
2. 氣壓：氣(qi)體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)壓：加(jia)熱電(dian)壓為(wei)550~750V;在(zai)保溫(wen)階(jie)段(duan),電(dian)壓應適當(dang)比加(jia)熱階(jie)段(duan)電(dian)壓略低(di),通常為(wei)550~650V。形狀簡單取(qu)650V,形狀復雜取(qu)550V。
5. 滲(shen)(shen)氮(dan)溫(wen)度(du)(du)：一般取(qu)450~600℃,即使在400℃以下也(ye)能滲(shen)(shen)氮(dan)處理。滲(shen)(shen)氮(dan)溫(wen)度(du)(du)低時滲(shen)(shen)層薄(bo),但溫(wen)度(du)(du)過高則氮(dan)化物(wu)粗化、硬度(du)(du)下降(jiang)并降(jiang)低抗(kang)粘模能力(li)。工廠里(li)多(duo)采用510-550℃,效果較(jiao)佳。
6. 滲氮時(shi)間(jian)：離子滲氮時(shi)間(jian)的(de)(de)選擇主要取決于零(ling)(ling)件所(suo)選用的(de)(de)材料、要求的(de)(de)滲氮層深度以(yi)及(ji)滲氮的(de)(de)溫度。不(bu)銹鋼零(ling)(ling)件一般(ban)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、滲氮(dan)前的(de)準備(bei)
為了控制(zhi)滲氮質量,必須對零(ling)件的預處理(li)、設備(bei)真(zhen)空性能、滲氮操作進行嚴格(ge)控制(zhi)。
1. 零件的調質處理或固溶處理：馬氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼調質后,其基(ji)體(ti)(ti)為回火索(suo)氏(shi)體(ti)(ti)組織,提高(gao)(gao)了基(ji)體(ti)(ti)強度(du)和韌性及(ji)疲勞性能。同(tong)樣條件下,調質后滲氮層深度(du)可提高(gao)(gao)20%以上,硬度(du)也有(you)所提高(gao)(gao)。奧氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼固溶后可獲(huo)得單一(yi)的奧氏(shi)體(ti)(ti)組織,有(you)利(li)于滲氮層深度(du)的提高(gao)(gao)。
2. 消(xiao)除應力退火：為了減少(shao)(shao)不銹(xiu)鋼(gang)零件滲氮后(hou)(hou)的變(bian)形,在半精(jing)加(jia)(jia)工(gong)(gong)后(hou)(hou)、精(jing)加(jia)(jia)工(gong)(gong)前,加(jia)(jia)一次消(xiao)除(chu)加(jia)(jia)工(gong)(gong)應力退(tui)火(huo)(huo)處(chu)理(li)。退(tui)火(huo)(huo)溫度為600-700℃,保溫時間(jian)為2-4h,可減少(shao)(shao)變(bian)形。
3. 不銹(xiu)鋼零(ling)件在(zai)滲(shen)氮前應進行脫脂除(chu)銹(xiu),清理飛邊毛刺,消(xiao)除(chu)弧光放電。
4. 應進(jin)行設(she)備極限(xian)真(zhen)空(kong)度(du)試驗,爐(lu)子(zi)應在限(xian)定的時間內達(da)到6.65Pa。否則,在沒有足夠的極限(xian)真(zhen)空(kong)度(du)下,容易引起工件在滲氮和冷(leng)卻過(guo)程中的氧化(hua),加大氮原子(zi)擴散阻力(li)。
5. 真(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保持(chi)試驗。真(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保持(chi)和(he)極限真(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)度有密(mi)切關系。實踐證明,爐子的真(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保持(chi)(即(ji)壓升率)為(wei)爐壓每分鐘上升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿足工藝要求。一般開5爐后即(ji)應(ying)作一次(ci)真(zhen)(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保持(chi)試驗。
三(san)、滲氮操作(zuo)
滲氮的具體操作如下:
1. 清洗：清洗待滲氮(dan)件(jian)表面(mian)和內孔(kong)的油污、銹斑以及(ji)孔(kong)內殘(can)存(cun)的切(qie)屑。
2. 裝爐：同爐處(chu)理的待滲氮件(jian)(jian)應(ying)為(wei)同種零(ling)(ling)件(jian)(jian)或表面積和(he)重量之比接近的零(ling)(ling)件(jian)(jian)。零(ling)(ling)件(jian)(jian)與(yu)陰極托盤之間接觸良(liang)好,零(ling)(ling)件(jian)(jian)間距一般為(wei)40~70mm。如能(neng)保證質量,也可以多種零(ling)(ling)件(jian)(jian)混裝。
3. 待滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)件(jian)需防滲(shen)(shen)部位和不需滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)的小孔、窄縫應進(jin)行覆蓋、屏蔽。待滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)件(jian)至陽極(ji)距(ju)離大致相等，在待滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)件(jian)預測(ce)溫度(du)可能(neng)偏低的部位可設置輔助(zhu)陰極(ji)和輔助(zhu)陽極(ji)。
4. 試樣安放的位置應(ying)保證在滲氮時(shi)與零(ling)件(jian)的溫度一致，或(huo)采(cai)用模擬(ni)試件(jian)。
5. 蓋上(shang)爐(lu)罩，起動(dong)真空泵(beng)，待爐(lu)壓至極限真空度后停泵(beng)，使爐(lu)內(nei)壓升至常壓，并(bing)重復一次(ci)。這樣也能降低(di)起輝電壓，縮短打散弧時間。
6. 氨(an)(an)干(gan)燥(zao)處理：供貨(huo)態的氨(an)(an)，有一定的殘存水(shui)分(fen)會隨氨(an)(an)進入爐內，容易使化合(he)物層出現ε相。干(gan)燥(zao)器最好用不銹鋼板焊接，填充(chong)硅膠、木炭等干(gan)燥(zao)劑。在(zai)滲氮過程中，若氨(an)(an)氣流量(liang)計(ji)出現小水(shui)珠，應對干(gan)燥(zao)劑進行烘干(gan)或更換。
7. 氨熱(re)分(fen)解：氨熱(re)分(fen)解可通過750℃左右(you)的蛇形或(huo)螺旋形熱(re)分(fen)解器實現。分(fen)解器的內(nei)徑(jing)為(wei)8～12mm，由(you)不銹鋼管制成，展開長度為(wei)1.5～2.5m。分(fen)解器可置(zhi)于箱式電爐(lu)內(nei)，也可用(yong)6kW左右(you)的專(zhuan)用(yong)封閉(bi)式小型電爐(lu)。
8. 正壓狀態供(gong)氮：輸氮管(guan)路一(yi)般都比較長，接頭(tou)多(duo)，而(er)且(qie)常存在盤折現(xian)象。氨壓在管(guan)壁損失大，加之干燥器的阻(zu)力，使流量(liang)(liang)計進氣端(duan)接頭(tou)等(deng)處(chu)有(you)可能出現(xian)負壓。若這些地方不嚴(yan)密，空氣進入流量(liang)(liang)計，混入爐內(nei)，將造成(cheng)零件滲氮層薄且(qie)硬度低等(deng)缺陷。所以流量(liang)(liang)計一(yi)側應維持正壓，輸氨管(guan)路應盡量(liang)(liang)短，各個(ge)接頭(tou)要(yao)牢固。
9. 采(cai)用合適的(de)電壓(ya)點燃輝光后，采(cai)用逐步交替升(sheng)高壓(ya)和氣(qi)壓(ya)的(de)程序進(jin)行清(qing)理和升(sheng)溫(wen)，升(sheng)溫(wen)速(su)度(du)一般以250～350℃／h為宜。升(sheng)溫(wen)速(su)度(du)過(guo)快(kuai)，會增加零件(jian)(jian)的(de)變形量，因(yin)此(ci)易變形零件(jian)(jian)在400℃以上應緩(huan)慢(man)加熱(re)。
10. 冷(leng)卻水要適(shi)量：保溫期間冷(leng)卻水不(bu)宜過大，爐體表面溫度維持在30℃左(zuo)右即(ji)可。
11. 弱輝(hui)降溫：保(bao)溫階段結束后(hou)，提高爐(lu)內真空度，減小電(dian)流，以(yi)不使輝(hui)光熄滅(mie)為(wei)度（傳統(tong)上是(shi)關閉閥門(men)停止供(gong)氣和(he)抽氣，切斷輝(hui)光電(dian)源，零件在滲氮(dan)氣氛中(zhong)隨爐(lu)冷卻）。待爐(lu)溫降到250℃以(yi)下時滅(mie)輝(hui)，再加(jia)大(da)氨(an)量(liang)和(he)冷卻水(shui)量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零(ling)件溫度降到(dao)200℃以下方可出爐。
13. 零件出(chu)爐后應進行外觀(guan)、硬度、滲氮深度、金相(xiang)組織(zhi)、變形量的檢查。
部分不銹鋼常用(yong)滲(shen)氮工藝規范見表3-21，離子滲(shen)碳(tan)時的氨氣流(liu)量可根據設(she)備(bei)功率參照表3-22選取(qu)。
