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(nai)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. 滲入速度快(kuai)
在滲(shen)氮(dan)(dan)溫(wen)度和保溫(wen)時(shi)間相同的(de)情況下，離子滲(shen)氮(dan)(dan)所得(de)到的(de)滲(shen)氮(dan)(dan)層厚度明顯(xian)大(da)于氣體滲(shen)氮(dan)(dan)層深(shen)度，特別(bie)是(shi)(shi)淺層滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)（滲(shen)層≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)(dan)的(de)速度是(shi)(shi)氣體滲(shen)氮(dan)(dan)的(de)兩倍(bei)以上(shang)。
2. 零(ling)件(jian)變形小
由于離子(zi)滲氮(dan)是通過陰極濺(jian)射進行的(de)，因此抵消掉了一(yi)部分因氮(dan)的(de)滲入引起的(de)零件尺寸(cun)的(de)漲量(liang)。同(tong)時(shi)離子(zi)滲氮(dan)溫度較低(di)，變形較小(xiao)。
3. 滲氮組織易于(yu)控(kong)制
通過調(diao)節滲氮氣體的成分可(ke)以對滲層(ceng)組織進行(xing)適當的控制，并降低不(bu)銹鋼零件(jian)的脆性(xing)。
4. 易(yi)于實現局(ju)部滲氮
用機械屏蔽法即可對非滲氮部(bu)位(wei)進行有效的保護，比(bi)氣(qi)體滲氮采用電鍍、涂(tu)料等保護法經(jing)濟(ji)、簡便。
離(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)是在離(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮(dan)爐中進(jin)行(xing)的，在低真空下，向(xiang)(xiang)爐中通入氨氣或(huo)氮(dan)氫混合氣體。以(yi)工(gong)件(jian)為陰極(ji)，爐壁(bi)為陽(yang)極(ji)，在直流電壓的作用下引(yin)起輝(hui)光放電，氮(dan)被離(li)子(zi)(zi)化，并以(yi)高速向(xiang)(xiang)工(gong)件(jian)表面(mian)轟擊(ji)，一方面(mian)使(shi)工(gong)件(jian)表面(mian)產(chan)生(sheng)離(li)子(zi)(zi)濺射，造(zao)成晶(jing)格缺(que)陷；另一方面(mian)，轟擊(ji)產(chan)生(sheng)熱能，加熱工(gong)件(jian)表面(mian)。氮(dan)離(li)子(zi)(zi)被工(gong)件(jian)表面(mian)擒(qin)獲、吸收，并向(xiang)(xiang)工(gong)件(jian)內部(bu)擴散。
一、離(li)子滲氮(dan)的工藝參(can)數
離子(zi)滲(shen)氮的主要工藝參(can)數為：
1. 真(zhen)空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子應在限(xian)定(ding)時(shi)間達(da)到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度(du):0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)壓(ya)：加熱(re)電(dian)壓(ya)為550~750V;在保溫階段,電(dian)壓(ya)應適當比加熱(re)階段電(dian)壓(ya)略低(di),通(tong)常(chang)為550~650V。形狀簡單取650V,形狀復雜(za)取550V。
5. 滲(shen)(shen)(shen)氮溫(wen)度：一般(ban)取450~600℃,即使在400℃以下(xia)也能(neng)滲(shen)(shen)(shen)氮處理。滲(shen)(shen)(shen)氮溫(wen)度低(di)時(shi)滲(shen)(shen)(shen)層薄,但(dan)溫(wen)度過(guo)高則氮化物粗化、硬(ying)度下(xia)降并降低(di)抗粘模能(neng)力。工(gong)廠里多采用510-550℃,效果較佳(jia)。
6. 滲氮(dan)時間(jian)：離子滲氮(dan)時間(jian)的(de)選擇(ze)主要取(qu)決于零(ling)件(jian)所(suo)選用的(de)材料、要求的(de)滲氮(dan)層深度以及(ji)滲氮(dan)的(de)溫度。不銹鋼零(ling)件(jian)一般取(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(qian)的準(zhun)備(bei)
為(wei)了控制滲氮質量,必須對零(ling)件的預處理、設備真空性能、滲氮操作進行嚴格控制。
1. 零件的調質處(chu)理或(huo)固溶處(chu)理：馬氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)調質后,其基體(ti)(ti)(ti)為(wei)回(hui)火索氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織,提(ti)(ti)高了(le)基體(ti)(ti)(ti)強度和韌(ren)性及疲勞性能。同樣條件下,調質后滲(shen)氮(dan)層深度可(ke)提(ti)(ti)高20%以上,硬度也有(you)所提(ti)(ti)高。奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)固溶(rong)后可(ke)獲得(de)單一的(de)(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)(ti)組織,有(you)利于(yu)滲(shen)氮(dan)層深度的(de)(de)提(ti)(ti)高。
2. 消除應力退火：為(wei)了減少(shao)不銹鋼零件滲氮(dan)后(hou)的變(bian)形(xing),在半精(jing)加(jia)(jia)工(gong)后(hou)、精(jing)加(jia)(jia)工(gong)前,加(jia)(jia)一次消除加(jia)(jia)工(gong)應力(li)退火(huo)處理。退火(huo)溫度為(wei)600-700℃,保溫時間為(wei)2-4h,可減少(shao)變(bian)形(xing)。
3. 不銹(xiu)(xiu)鋼(gang)零件(jian)在滲氮前應進行脫(tuo)脂除(chu)銹(xiu)(xiu),清理(li)飛邊毛刺,消除(chu)弧光放電。
4. 應進(jin)行(xing)設備極(ji)限(xian)真空度試驗,爐子應在(zai)(zai)限(xian)定的時間(jian)內達到6.65Pa。否則,在(zai)(zai)沒有足夠(gou)的極(ji)限(xian)真空度下,容易引起工件(jian)在(zai)(zai)滲氮和冷卻過(guo)程中(zhong)的氧化,加大氮原子擴散阻(zu)力。
5. 真(zhen)空保(bao)持(chi)試驗。真(zhen)空保(bao)持(chi)和極限真(zhen)空度有密切(qie)關系。實踐(jian)證(zheng)明,爐子(zi)的真(zhen)空保(bao)持(chi)(即(ji)壓升(sheng)率)為(wei)爐壓每分鐘上升(sheng)0.133~0.266Pa時(shi),即(ji)能滿足工藝要求。一(yi)般開5爐后即(ji)應作一(yi)次真(zhen)空保(bao)持(chi)試驗。
三、滲氮操作
滲氮的具(ju)體(ti)操作如下:
1. 清洗：清洗待滲(shen)氮件表面(mian)和內孔(kong)的(de)油污、銹斑以及孔(kong)內殘存(cun)的(de)切屑(xie)。
2. 裝爐：同(tong)(tong)爐處理的(de)待滲氮件(jian)(jian)應為同(tong)(tong)種零(ling)件(jian)(jian)或(huo)表面積和重量之(zhi)比(bi)接近(jin)的(de)零(ling)件(jian)(jian)。零(ling)件(jian)(jian)與陰極托盤之(zhi)間(jian)接觸良好,零(ling)件(jian)(jian)間(jian)距一(yi)般為40~70mm。如(ru)能保證質量,也可以多(duo)種零(ling)件(jian)(jian)混(hun)裝。
3. 待(dai)滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件需(xu)防(fang)滲(shen)(shen)(shen)部(bu)(bu)位和不需(xu)滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)的(de)(de)小孔、窄縫應(ying)進行覆蓋(gai)、屏蔽。待(dai)滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件至陽極(ji)距離大(da)致(zhi)相等，在待(dai)滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件預測溫度可(ke)能(neng)偏低的(de)(de)部(bu)(bu)位可(ke)設置輔助陰極(ji)和輔助陽極(ji)。
4. 試樣(yang)安(an)放的位置(zhi)應(ying)保證在滲氮時(shi)與(yu)零件的溫度一致，或(huo)采用模擬(ni)試件。
5. 蓋上(shang)爐罩，起(qi)動真空(kong)泵(beng)，待爐壓(ya)至(zhi)極(ji)限真空(kong)度(du)后停泵(beng)，使(shi)爐內壓(ya)升至(zhi)常壓(ya)，并重(zhong)復一次。這樣也能降低起(qi)輝電壓(ya)，縮(suo)短打散弧時(shi)間。
6. 氨干(gan)燥處理：供貨態的氨，有一定的殘存水分(fen)會(hui)隨(sui)氨進(jin)入爐內，容易使化合物層出現ε相。干(gan)燥器最好用不銹鋼板焊接，填(tian)充硅膠、木炭等(deng)干(gan)燥劑。在滲氮過程中，若氨氣(qi)流量計(ji)出現小水珠，應對干(gan)燥劑進(jin)行烘干(gan)或更換(huan)。
7. 氨熱(re)分(fen)解(jie)：氨熱(re)分(fen)解(jie)可(ke)(ke)通過750℃左右(you)的蛇形或(huo)螺旋形熱(re)分(fen)解(jie)器(qi)(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)(qi)的內徑為8～12mm，由不銹(xiu)鋼管(guan)制成，展開長度為1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)(qi)可(ke)(ke)置于箱(xiang)式電爐內，也可(ke)(ke)用6kW左右(you)的專(zhuan)用封閉式小型電爐。
8. 正(zheng)壓狀態供氮：輸(shu)氮管路一(yi)(yi)般都(dou)比較長，接頭多，而且(qie)常存在(zai)盤(pan)折現象(xiang)。氨(an)壓在(zai)管壁損(sun)失大，加之干燥器的阻力，使(shi)流量(liang)計(ji)進氣(qi)端(duan)接頭等處(chu)有可能出現負壓。若這些地方(fang)不嚴密(mi)，空氣(qi)進入流量(liang)計(ji)，混入爐內，將造成零(ling)件滲氮層(ceng)薄且(qie)硬度低等缺陷。所以流量(liang)計(ji)一(yi)(yi)側(ce)應維持正(zheng)壓，輸(shu)氨(an)管路應盡量(liang)短(duan)，各個接頭要(yao)牢固(gu)。
9. 采(cai)(cai)用合適的(de)電壓點燃輝光后(hou)，采(cai)(cai)用逐步(bu)交替(ti)升(sheng)高壓和(he)氣壓的(de)程序進(jin)行清理和(he)升(sheng)溫(wen)，升(sheng)溫(wen)速度(du)一般以250～350℃／h為宜(yi)。升(sheng)溫(wen)速度(du)過快，會增加零件(jian)的(de)變形量，因此易變形零件(jian)在400℃以上(shang)應緩慢(man)加熱。
10. 冷(leng)卻(que)水(shui)要適量(liang)：保溫(wen)(wen)期間冷(leng)卻(que)水(shui)不宜過大，爐體表(biao)面溫(wen)(wen)度維持在30℃左右即(ji)可(ke)。
11. 弱輝降(jiang)溫：保溫階段結束后(hou)，提高爐(lu)(lu)(lu)內真(zhen)空度(du)(du)，減小電(dian)(dian)流(liu)，以(yi)不使輝光熄滅(mie)為(wei)度(du)(du)（傳統上是(shi)關閉閥門停止供氣和抽(chou)氣，切斷輝光電(dian)(dian)源，零件在滲氮氣氛中隨爐(lu)(lu)(lu)冷(leng)卻(que)）。待(dai)爐(lu)(lu)(lu)溫降(jiang)到250℃以(yi)下時(shi)滅(mie)輝，再加(jia)大氨量和冷(leng)卻(que)水(shui)量，冷(leng)卻(que)0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方可出爐。
13. 零(ling)件出爐后應進行外觀(guan)、硬(ying)度、滲氮深度、金相組織、變形(xing)量的檢查(cha)。
部分不銹鋼常用滲(shen)(shen)氮(dan)工藝規范見表3-21，離(li)子滲(shen)(shen)碳時(shi)的氨(an)氣流量可根據(ju)設備(bei)功(gong)率參(can)照表3-22選(xuan)取。
