氣體滲氮時，不銹(xiu)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(gang)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(kuai)
在滲氮溫(wen)度(du)(du)和保(bao)溫(wen)時間相同的情況下，離(li)(li)子滲氮所得到的滲氮層(ceng)厚度(du)(du)明(ming)顯大于氣(qi)體滲氮層(ceng)深度(du)(du)，特別是淺層(ceng)滲氮時（滲層(ceng)≤0.20mm），離(li)(li)子滲氮的速度(du)(du)是氣(qi)體滲氮的兩倍以上。
2. 零件變形(xing)小(xiao)
由于離(li)子滲(shen)氮是通過(guo)陰極濺(jian)射(she)進行的(de)，因(yin)此(ci)抵消(xiao)掉了(le)一部(bu)分因(yin)氮的(de)滲(shen)入引起的(de)零(ling)件尺(chi)寸的(de)漲量。同時離(li)子滲(shen)氮溫度(du)較(jiao)低，變形較(jiao)小。
3. 滲氮組織(zhi)易(yi)于控制
通過調節滲(shen)氮氣體的成分(fen)可以對(dui)滲(shen)層組織進行適當的控(kong)制，并降低不(bu)銹鋼零件的脆(cui)性。
4. 易于(yu)實現局部滲氮
用機械屏(ping)蔽法(fa)即可(ke)對非滲氮(dan)(dan)部位進(jin)行(xing)有(you)效的保(bao)護，比氣體滲氮(dan)(dan)采用電(dian)鍍、涂(tu)料(liao)等(deng)保(bao)護法(fa)經濟、簡便。
離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)是(shi)在(zai)離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)爐(lu)(lu)中進行(xing)的，在(zai)低真空(kong)下(xia)，向(xiang)(xiang)爐(lu)(lu)中通(tong)入氨氣或(huo)氮(dan)(dan)氫(qing)混合氣體。以工(gong)件(jian)為陰(yin)極，爐(lu)(lu)壁為陽極，在(zai)直流(liu)電壓(ya)的作用下(xia)引起輝光放電，氮(dan)(dan)被(bei)(bei)離(li)(li)子(zi)化，并以高速向(xiang)(xiang)工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)(mian)轟擊，一方(fang)面(mian)(mian)(mian)使(shi)工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)(mian)產(chan)生(sheng)離(li)(li)子(zi)濺射，造成(cheng)晶格缺陷；另一方(fang)面(mian)(mian)(mian)，轟擊產(chan)生(sheng)熱能，加(jia)熱工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)(mian)。氮(dan)(dan)離(li)(li)子(zi)被(bei)(bei)工(gong)件(jian)表面(mian)(mian)(mian)擒獲、吸收，并向(xiang)(xiang)工(gong)件(jian)內部擴散。
一(yi)、離子滲(shen)氮的工藝參數
離子滲氮的主要工藝參數為：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐(lu)子應(ying)在限定時(shi)間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常(chang)用壓(ya)力為266~793Pa。
3. 電流(liu)密(mi)度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓(ya)：加熱電壓(ya)為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段,電壓(ya)應(ying)適當比(bi)加熱階(jie)段電壓(ya)略低,通常(chang)為(wei)550~650V。形(xing)狀(zhuang)簡(jian)單取650V,形(xing)狀(zhuang)復雜取550V。
5. 滲(shen)氮(dan)(dan)溫度(du)(du)：一般取450~600℃,即使在400℃以(yi)下(xia)也(ye)能(neng)(neng)滲(shen)氮(dan)(dan)處理。滲(shen)氮(dan)(dan)溫度(du)(du)低(di)時滲(shen)層薄,但溫度(du)(du)過高則氮(dan)(dan)化物粗化、硬度(du)(du)下(xia)降并降低(di)抗粘模能(neng)(neng)力(li)。工廠(chang)里多采(cai)用(yong)510-550℃,效(xiao)果(guo)較佳。
6. 滲(shen)(shen)氮時間(jian)：離子滲(shen)(shen)氮時間(jian)的(de)選擇主要(yao)取(qu)決于零件(jian)所選用的(de)材料、要(yao)求的(de)滲(shen)(shen)氮層深度(du)以及滲(shen)(shen)氮的(de)溫(wen)度(du)。不(bu)銹鋼零件(jian)一(yi)般取(qu)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(er)、滲氮前的準備
為了控(kong)制(zhi)(zhi)滲氮質量,必須(xu)對零件的預(yu)處理、設備(bei)真空性能、滲氮操作進(jin)行嚴格控(kong)制(zhi)(zhi)。
1. 零(ling)件的調質處理或(huo)固溶處理：馬氏(shi)(shi)體不銹鋼調質(zhi)后,其(qi)基(ji)體為回火索氏(shi)(shi)體組織(zhi),提(ti)高了基(ji)體強度和韌性(xing)及疲勞性(xing)能。同樣條(tiao)件下,調質(zhi)后滲(shen)氮層深(shen)(shen)度可(ke)提(ti)高20%以上,硬度也有所提(ti)高。奧氏(shi)(shi)體不銹鋼固溶后可(ke)獲得單一的奧氏(shi)(shi)體組織(zhi),有利于滲(shen)氮層深(shen)(shen)度的提(ti)高。
2. 消除(chu)應力退(tui)火：為(wei)(wei)了減少不銹(xiu)鋼零件滲氮后(hou)的變形,在半精(jing)加工后(hou)、精(jing)加工前,加一次消除加工應力退火(huo)處理(li)。退火(huo)溫(wen)度為(wei)(wei)600-700℃,保溫(wen)時間為(wei)(wei)2-4h,可減少變形。
3. 不(bu)銹鋼零(ling)件在滲氮前應進行脫脂除銹,清理飛邊毛刺,消除弧光放電。
4. 應進行設備極(ji)限真(zhen)空度(du)試驗,爐子應在(zai)(zai)限定(ding)的時間內(nei)達(da)到6.65Pa。否(fou)則(ze),在(zai)(zai)沒有足(zu)夠的極(ji)限真(zhen)空度(du)下,容易引(yin)起工件在(zai)(zai)滲氮(dan)和冷卻過(guo)程中的氧化,加大氮(dan)原子擴散(san)阻力。
5. 真空保(bao)持(chi)試驗。真空保(bao)持(chi)和(he)極限真空度有密切關系。實踐證明(ming),爐(lu)子(zi)的真空保(bao)持(chi)(即(ji)壓升率)為爐(lu)壓每(mei)分鐘(zhong)上(shang)升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿(man)足工(gong)藝要(yao)求。一(yi)般開5爐(lu)后(hou)即(ji)應作一(yi)次真空保(bao)持(chi)試驗。
三、滲氮(dan)操(cao)作(zuo)
滲氮的具體操作如下:
1. 清洗(xi)：清洗(xi)待滲(shen)氮(dan)件表面和內孔的(de)油污、銹斑(ban)以及孔內殘存的(de)切屑(xie)。
2. 裝爐：同爐處理的待滲(shen)氮件(jian)(jian)應為同種零(ling)件(jian)(jian)或表面(mian)積(ji)和(he)重量之比接(jie)近的零(ling)件(jian)(jian)。零(ling)件(jian)(jian)與(yu)陰極托盤之間(jian)接(jie)觸良好,零(ling)件(jian)(jian)間(jian)距(ju)一般為40~70mm。如能(neng)保證質量,也(ye)可以(yi)多(duo)種零(ling)件(jian)(jian)混裝。
3. 待滲氮(dan)件需(xu)防滲部位(wei)和不需(xu)滲氮(dan)的小孔、窄縫(feng)應(ying)進行覆(fu)蓋、屏蔽。待滲氮(dan)件至陽(yang)極距離大致(zhi)相等，在待滲氮(dan)件預測溫度可能偏低(di)的部位(wei)可設(she)置輔助陰極和輔助陽(yang)極。
4. 試樣安(an)放(fang)的位置應保證在滲氮時與零件的溫度(du)一致，或采(cai)用模擬(ni)試件。
5. 蓋上爐罩(zhao)，起動(dong)真空泵，待爐壓(ya)至(zhi)極限真空度后停泵，使(shi)爐內(nei)壓(ya)升(sheng)至(zhi)常(chang)壓(ya)，并重復一次。這(zhe)樣(yang)也(ye)能降低起輝電壓(ya)，縮(suo)短(duan)打散(san)弧時間。
6. 氨干(gan)(gan)燥(zao)(zao)處理：供貨態(tai)的氨，有一定的殘存水分會隨氨進入爐內(nei)，容易(yi)使化合物層出現ε相。干(gan)(gan)燥(zao)(zao)器最好(hao)用不銹鋼板(ban)焊接，填充硅膠(jiao)、木炭等干(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)。在滲氮過程中，若氨氣流(liu)量計(ji)出現小水珠，應對干(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)進行烘(hong)干(gan)(gan)或(huo)更換(huan)。
7. 氨熱(re)分(fen)解(jie)：氨熱(re)分(fen)解(jie)可(ke)通過(guo)750℃左右的蛇形(xing)(xing)或螺旋形(xing)(xing)熱(re)分(fen)解(jie)器實現。分(fen)解(jie)器的內(nei)徑(jing)為(wei)8～12mm，由不銹(xiu)鋼(gang)管(guan)制成(cheng)，展開長(chang)度為(wei)1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器可(ke)置于(yu)箱式電(dian)爐內(nei)，也可(ke)用6kW左右的專用封(feng)閉(bi)式小型電(dian)爐。
8. 正(zheng)壓(ya)狀態供氮：輸氮管(guan)路一(yi)般都比較(jiao)長，接(jie)(jie)頭(tou)多，而且常存在盤折現象。氨壓(ya)在管(guan)壁損失大，加之干燥器的(de)阻(zu)力，使(shi)流量(liang)(liang)計進(jin)氣(qi)端(duan)接(jie)(jie)頭(tou)等處有可(ke)能出現負壓(ya)。若這些地方(fang)不嚴密(mi)，空(kong)氣(qi)進(jin)入(ru)流量(liang)(liang)計，混入(ru)爐內，將造成零件滲氮層薄且硬度低等缺陷。所以流量(liang)(liang)計一(yi)側應維(wei)持正(zheng)壓(ya)，輸氨管(guan)路應盡(jin)量(liang)(liang)短，各個接(jie)(jie)頭(tou)要牢固(gu)。
9. 采用合適的(de)電壓(ya)點(dian)燃輝(hui)光后(hou)，采用逐(zhu)步(bu)交替升(sheng)(sheng)高壓(ya)和(he)氣壓(ya)的(de)程序進行清理和(he)升(sheng)(sheng)溫(wen)，升(sheng)(sheng)溫(wen)速度一般以(yi)(yi)250～350℃／h為(wei)宜。升(sheng)(sheng)溫(wen)速度過快，會(hui)增加零(ling)件(jian)的(de)變(bian)形量，因此易變(bian)形零(ling)件(jian)在400℃以(yi)(yi)上應緩(huan)慢加熱。
10. 冷(leng)卻(que)水要(yao)適(shi)量：保溫期間冷(leng)卻(que)水不(bu)宜過(guo)大，爐體表面(mian)溫度維持在30℃左(zuo)右即可。
11. 弱輝(hui)降(jiang)溫：保溫階(jie)段(duan)結(jie)束后，提高(gao)爐內真(zhen)空度(du)，減小電流，以不使輝(hui)光熄滅為度(du)（傳統(tong)上(shang)是(shi)關閉閥門停(ting)止供氣(qi)和抽氣(qi)，切斷輝(hui)光電源，零件在滲氮氣(qi)氛(fen)中隨爐冷卻(que)）。待爐溫降(jiang)到250℃以下時(shi)滅輝(hui)，再加大氨量(liang)和冷卻(que)水量(liang)，冷卻(que)0.5h。
12. 零(ling)件溫度降(jiang)到200℃以下方(fang)可(ke)出爐。
13. 零件(jian)出爐后應進(jin)行外觀、硬度、滲氮深(shen)度、金相組織(zhi)、變形量的(de)檢查。
部分不銹鋼(gang)常用滲氮工藝(yi)規范見表(biao)3-21，離子滲碳時的氨氣(qi)流量可根據設備功率參照表(biao)3-22選取(qu)。
