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(shen)氮(dan)(dan)溫度和保溫時(shi)(shi)間(jian)相同的情況(kuang)下，離子滲(shen)氮(dan)(dan)所得(de)到(dao)的滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)厚度明顯大(da)于氣(qi)體滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)深(shen)度，特別是(shi)淺(qian)層(ceng)滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)(shi)（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)(dan)的速度是(shi)氣(qi)體滲(shen)氮(dan)(dan)的兩倍以(yi)上。
2. 零件變形小
由于(yu)離(li)子滲氮是通過陰(yin)極濺射進行的(de)(de)(de)，因此抵(di)消掉了一(yi)部分因氮的(de)(de)(de)滲入引起的(de)(de)(de)零件(jian)尺(chi)寸的(de)(de)(de)漲(zhang)量。同時(shi)離(li)子滲氮溫度(du)較低，變(bian)形較小。
3. 滲氮組(zu)織易于控制
通過(guo)調節(jie)滲氮(dan)氣體的(de)成分可以(yi)對滲層組織進(jin)行(xing)適當的(de)控制(zhi)，并(bing)降低不(bu)銹鋼零件(jian)的(de)脆性(xing)。
4. 易(yi)于實現局部滲(shen)氮
用(yong)(yong)機(ji)械屏(ping)蔽法(fa)即可對非滲氮部位進行有(you)效(xiao)的保護，比氣(qi)體滲氮采(cai)用(yong)(yong)電(dian)鍍、涂料等保護法(fa)經濟、簡便。
離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)是在離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)爐中進(jin)行(xing)的(de)，在低真空(kong)下(xia)，向爐中通(tong)入(ru)氨(an)氣或氮(dan)氫混合氣體。以(yi)(yi)工(gong)(gong)件(jian)為陰極，爐壁為陽極，在直流電(dian)壓的(de)作用下(xia)引起輝光放電(dian)，氮(dan)被離(li)(li)子(zi)化，并(bing)以(yi)(yi)高速向工(gong)(gong)件(jian)表面轟擊，一方(fang)面使工(gong)(gong)件(jian)表面產生離(li)(li)子(zi)濺射(she)，造成晶格缺(que)陷；另一方(fang)面，轟擊產生熱(re)能，加(jia)熱(re)工(gong)(gong)件(jian)表面。氮(dan)離(li)(li)子(zi)被工(gong)(gong)件(jian)表面擒獲、吸(xi)收，并(bing)向工(gong)(gong)件(jian)內部擴(kuo)散。
一(yi)、離子滲氮(dan)的工藝(yi)參數
離子滲氮的(de)主要(yao)工藝參數為：
1. 真空度：一(yi)般為1.33～13.3Pa，爐子應在限(xian)定時間達到(dao)6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用壓(ya)力為(wei)266~793Pa。
3. 電流密度(du):0.5~5mA/cm.
4. 輝(hui)光電壓(ya)：加熱電壓(ya)為550~750V;在保溫階(jie)段(duan),電壓(ya)應適當比加熱階(jie)段(duan)電壓(ya)略低,通常(chang)為550~650V。形狀(zhuang)簡單取(qu)650V,形狀(zhuang)復雜取(qu)550V。
5. 滲氮溫(wen)度(du)(du)(du)：一般取450~600℃,即使(shi)在(zai)400℃以下(xia)也能(neng)滲氮處理。滲氮溫(wen)度(du)(du)(du)低時(shi)滲層薄,但(dan)溫(wen)度(du)(du)(du)過高則(ze)氮化(hua)物(wu)粗(cu)化(hua)、硬度(du)(du)(du)下(xia)降并降低抗粘模能(neng)力。工廠里多采(cai)用510-550℃,效(xiao)果較佳。
6. 滲氮時間：離子滲氮時間的選(xuan)擇主要(yao)取(qu)決于零件所選(xuan)用的材(cai)料、要(yao)求的滲氮層深度以及滲氮的溫(wen)度。不銹(xiu)鋼(gang)零件一(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、滲氮前的(de)準(zhun)備
為了(le)控制滲氮質量,必須(xu)對零件的預處理(li)、設備真空性能、滲氮操作進(jin)行嚴格控制。
1. 零件的調(diao)質處理或固(gu)溶處理：馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼調(diao)質后,其基(ji)體(ti)(ti)(ti)為回火索(suo)氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi),提高(gao)了(le)基(ji)體(ti)(ti)(ti)強度(du)和韌性(xing)及疲(pi)勞性(xing)能。同樣條件下,調(diao)質后滲(shen)氮層深(shen)度(du)可提高(gao)20%以上(shang),硬(ying)度(du)也有所提高(gao)。奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)不銹(xiu)鋼固溶后可獲得單(dan)一的奧(ao)(ao)氏體(ti)(ti)(ti)組織(zhi),有利(li)于滲(shen)氮層深(shen)度(du)的提高(gao)。
2. 消除應(ying)力退火：為了減(jian)少不銹鋼零件滲氮后的(de)變(bian)形,在半精加(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)溫度為600-700℃,保(bao)溫時間為2-4h,可減(jian)少變(bian)形。
3. 不銹鋼(gang)零件在滲氮前應進行脫脂除銹,清理飛邊(bian)毛刺,消除弧光放電。
4. 應進行設備極限真空度(du)試驗,爐子(zi)應在(zai)限定的時間內(nei)達到6.65Pa。否則(ze),在(zai)沒有足(zu)夠的極限真空度(du)下,容易(yi)引起工件在(zai)滲氮和(he)冷卻過(guo)程中的氧化,加大(da)氮原子(zi)擴散阻力。
5. 真(zhen)(zhen)空保持(chi)(chi)試(shi)驗(yan)。真(zhen)(zhen)空保持(chi)(chi)和極(ji)限真(zhen)(zhen)空度有密(mi)切關(guan)系。實踐證明,爐(lu)子(zi)的(de)真(zhen)(zhen)空保持(chi)(chi)(即(ji)壓升率)為(wei)爐(lu)壓每分鐘上(shang)升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿足工藝要求。一般開(kai)5爐(lu)后(hou)即(ji)應作一次真(zhen)(zhen)空保持(chi)(chi)試(shi)驗(yan)。
三、滲氮(dan)操(cao)作
滲(shen)氮的具體操作(zuo)如下:
1. 清(qing)洗(xi)：清(qing)洗(xi)待滲氮件表面和內孔的(de)油污、銹斑以及孔內殘存(cun)的(de)切屑(xie)。
2. 裝爐：同爐處理(li)的待滲氮件應為(wei)同種(zhong)零(ling)件或表面(mian)積和重量(liang)之比接近的零(ling)件。零(ling)件與陰極托盤之間接觸良(liang)好(hao),零(ling)件間距一(yi)般為(wei)40~70mm。如能(neng)保證質(zhi)量(liang),也(ye)可以多種(zhong)零(ling)件混裝。
3. 待(dai)滲氮(dan)(dan)件需(xu)防(fang)滲部(bu)位和(he)不需(xu)滲氮(dan)(dan)的小孔、窄縫應進行覆蓋、屏蔽。待(dai)滲氮(dan)(dan)件至(zhi)陽(yang)極距離(li)大(da)致(zhi)相等，在待(dai)滲氮(dan)(dan)件預測溫度可(ke)能偏低的部(bu)位可(ke)設置(zhi)輔助(zhu)陰極和(he)輔助(zhu)陽(yang)極。
4. 試樣安放的(de)位置應保證在滲氮(dan)時與零件(jian)的(de)溫(wen)度一致，或采用模(mo)擬試件(jian)。
5. 蓋(gai)上爐(lu)罩，起(qi)動(dong)真(zhen)空泵(beng)，待爐(lu)壓至極(ji)限真(zhen)空度后停(ting)泵(beng)，使爐(lu)內壓升(sheng)至常(chang)壓，并重復(fu)一(yi)次。這(zhe)樣也能降(jiang)低起(qi)輝電壓，縮短打散弧(hu)時間。
6. 氨(an)干(gan)(gan)燥處理：供貨態的(de)氨(an)，有(you)一定的(de)殘存水(shui)分會(hui)隨氨(an)進(jin)入爐內，容(rong)易(yi)使化合物層出現ε相(xiang)。干(gan)(gan)燥器(qi)最好用不銹(xiu)鋼板焊接，填充硅(gui)膠、木炭(tan)等干(gan)(gan)燥劑。在滲氮過程中(zhong)，若氨(an)氣(qi)流量計出現小(xiao)水(shui)珠，應對干(gan)(gan)燥劑進(jin)行烘干(gan)(gan)或更換。
7. 氨熱(re)分解(jie)：氨熱(re)分解(jie)可(ke)通過750℃左右的(de)(de)蛇形或(huo)螺旋形熱(re)分解(jie)器實現。分解(jie)器的(de)(de)內徑為8～12mm，由不銹鋼管(guan)制成，展開長度(du)為1.5～2.5m。分解(jie)器可(ke)置于箱式(shi)電爐(lu)內，也可(ke)用(yong)6kW左右的(de)(de)專用(yong)封閉式(shi)小(xiao)型(xing)電爐(lu)。
8. 正(zheng)壓狀態供氮(dan)：輸氮(dan)管路一般都比較長，接頭(tou)多，而(er)且常存在盤折現(xian)象。氨(an)壓在管壁損(sun)失大，加之干(gan)燥器(qi)的阻力，使流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)進(jin)氣(qi)端接頭(tou)等處有可能出現(xian)負壓。若這些地方(fang)不嚴密(mi)，空(kong)氣(qi)進(jin)入流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)，混(hun)入爐內，將造成零件滲氮(dan)層薄且硬度低等缺陷(xian)。所以(yi)流(liu)(liu)量(liang)(liang)計(ji)一側(ce)應維持正(zheng)壓，輸氨(an)管路應盡量(liang)(liang)短，各個接頭(tou)要牢固。
9. 采用合適的電壓(ya)點燃輝(hui)光后，采用逐步(bu)交(jiao)替(ti)升高壓(ya)和氣壓(ya)的程序進行清理和升溫，升溫速度一般(ban)以(yi)250～350℃／h為宜。升溫速度過快，會(hui)增(zeng)加零(ling)件的變形量，因此易(yi)變形零(ling)件在400℃以(yi)上應緩慢加熱(re)。
10. 冷(leng)卻水(shui)要適量(liang)：保溫期間冷(leng)卻水(shui)不宜過(guo)大，爐體表面(mian)溫度維持在(zai)30℃左右即可。
11. 弱輝降(jiang)溫：保溫階段結(jie)束后，提高爐內真空度(du)，減小電流，以(yi)不(bu)使(shi)輝光熄(xi)滅(mie)為度(du)（傳(chuan)統上(shang)是關閉閥(fa)門(men)停(ting)止供(gong)氣(qi)和(he)抽氣(qi)，切斷輝光電源，零件在滲氮氣(qi)氛中隨爐冷卻）。待爐溫降(jiang)到(dao)250℃以(yi)下時滅(mie)輝，再加大氨(an)量(liang)和(he)冷卻水量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降到(dao)200℃以下方可出爐。
13. 零件出(chu)爐后應進行外觀、硬度(du)、滲氮深度(du)、金相組織(zhi)、變形量(liang)的檢(jian)查。
部(bu)分不銹鋼常用滲(shen)氮工藝(yi)規范(fan)見表3-21，離子(zi)滲(shen)碳時的氨氣流(liu)量可根(gen)據設備功(gong)率參照表3-22選取。
