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(su)度(du)快
在滲氮(dan)溫度(du)(du)和(he)保溫時(shi)間相同(tong)的情(qing)況(kuang)下，離(li)子滲氮(dan)所(suo)得到的滲氮(dan)層厚度(du)(du)明顯大于(yu)氣體滲氮(dan)層深度(du)(du)，特別是(shi)(shi)淺層滲氮(dan)時(shi)（滲層≤0.20mm），離(li)子滲氮(dan)的速度(du)(du)是(shi)(shi)氣體滲氮(dan)的兩(liang)倍(bei)以上(shang)。
2. 零(ling)件變形小(xiao)
由于離子(zi)滲氮是通過陰(yin)極(ji)濺射(she)進行的(de)，因此抵消(xiao)掉(diao)了一部分因氮的(de)滲入引(yin)起的(de)零件尺寸的(de)漲(zhang)量。同時離子(zi)滲氮溫度較(jiao)低，變形(xing)較(jiao)小。
3. 滲(shen)氮組織易于控制
通過調(diao)節滲(shen)氮氣體的成(cheng)分可以對滲(shen)層組織進(jin)行適(shi)當的控制，并降低不(bu)銹(xiu)鋼零件的脆性(xing)。
4. 易于實現局(ju)部滲氮
用機械屏蔽法即(ji)可對非滲氮部(bu)位(wei)進行有效的保護(hu)，比氣體滲氮采用電鍍、涂料等保護(hu)法經濟、簡便。
離(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)是(shi)在離(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)爐中(zhong)進行的(de)，在低真(zhen)空下，向爐中(zhong)通(tong)入氨氣或氮(dan)(dan)氫(qing)混(hun)合氣體。以工(gong)件(jian)(jian)為陰極(ji)，爐壁為陽極(ji)，在直流電(dian)壓的(de)作用下引起(qi)輝光放電(dian)，氮(dan)(dan)被離(li)子(zi)化，并以高速向工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)轟擊，一(yi)(yi)方面(mian)使工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)產(chan)生(sheng)離(li)子(zi)濺(jian)射，造成(cheng)晶格缺陷；另一(yi)(yi)方面(mian)，轟擊產(chan)生(sheng)熱能，加熱工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)。氮(dan)(dan)離(li)子(zi)被工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)擒獲、吸收，并向工(gong)件(jian)(jian)內部擴(kuo)散(san)。
一、離子滲氮的工藝(yi)參數
離子滲氮的主要工藝(yi)參數為：
1. 真(zhen)空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子應在(zai)限定時間達到6.65Pa。
2. 氣(qi)壓：氣體常用(yong)壓力為(wei)266~793Pa。
3. 電(dian)流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝(hui)光電(dian)(dian)壓(ya)：加熱(re)電(dian)(dian)壓(ya)為550~750V;在保溫階段,電(dian)(dian)壓(ya)應(ying)適當(dang)比加熱(re)階段電(dian)(dian)壓(ya)略(lve)低,通常(chang)為550~650V。形狀(zhuang)(zhuang)簡單取650V,形狀(zhuang)(zhuang)復雜取550V。
5. 滲氮(dan)溫(wen)度(du)：一般取(qu)450~600℃,即使在(zai)400℃以下(xia)也能(neng)滲氮(dan)處理。滲氮(dan)溫(wen)度(du)低時滲層薄(bo),但溫(wen)度(du)過高(gao)則氮(dan)化物粗化、硬度(du)下(xia)降(jiang)并(bing)降(jiang)低抗粘模能(neng)力。工(gong)廠里(li)多(duo)采用510-550℃,效果較佳(jia)。
6. 滲氮(dan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)：離(li)子(zi)滲氮(dan)時(shi)(shi)間(jian)(jian)的選(xuan)擇(ze)主要(yao)取(qu)(qu)決于(yu)零件(jian)所(suo)選(xuan)用的材(cai)料、要(yao)求的滲氮(dan)層深度以及滲氮(dan)的溫度。不銹鋼零件(jian)一般取(qu)(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、滲氮前的準備
為了控制滲(shen)(shen)氮質量,必(bi)須(xu)對零件的預處理、設(she)備(bei)真空性能、滲(shen)(shen)氮操作進行嚴格(ge)控制。
1. 零件的調質處理或固(gu)溶處理：馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼調(diao)(diao)質后,其基體(ti)為回(hui)火索氏(shi)體(ti)組織,提(ti)高了基體(ti)強度和韌性及疲勞(lao)性能。同樣條件下,調(diao)(diao)質后滲氮層深(shen)度可提(ti)高20%以上,硬度也(ye)有所提(ti)高。奧(ao)氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼固溶(rong)后可獲得單一的(de)奧(ao)氏(shi)體(ti)組織,有利于(yu)滲氮層深(shen)度的(de)提(ti)高。
2. 消除應(ying)力退火：為(wei)了減少不銹(xiu)鋼(gang)零件滲氮后的變形(xing),在半精加工(gong)后、精加工(gong)前,加一次消除加工(gong)應力退火處理(li)。退火溫(wen)度為(wei)600-700℃,保溫(wen)時(shi)間為(wei)2-4h,可減少變形(xing)。
3. 不銹鋼零件在滲氮前應進行脫脂除銹,清(qing)理飛邊毛刺,消除弧光放電。
4. 應進(jin)行設備極限(xian)真空(kong)(kong)度試驗,爐子應在(zai)限(xian)定(ding)的(de)(de)時間內達到6.65Pa。否則,在(zai)沒(mei)有足(zu)夠的(de)(de)極限(xian)真空(kong)(kong)度下(xia),容易引起工件在(zai)滲氮和冷卻過程中(zhong)的(de)(de)氧化,加大(da)氮原子擴散阻力。
5. 真空(kong)保持(chi)試驗。真空(kong)保持(chi)和極限真空(kong)度(du)有密切關系。實踐證明,爐子的真空(kong)保持(chi)(即(ji)壓(ya)升率)為爐壓(ya)每分鐘上(shang)升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿足工藝要求(qiu)。一般開5爐后即(ji)應(ying)作一次真空(kong)保持(chi)試驗。
三、滲氮操作
滲氮的具體操作(zuo)如下:
1. 清洗(xi)：清洗(xi)待滲(shen)氮件(jian)表面(mian)和內孔(kong)的油污、銹斑(ban)以(yi)及孔(kong)內殘存的切(qie)屑。
2. 裝爐(lu)：同(tong)爐(lu)處理的待滲氮件應為(wei)同(tong)種零(ling)件或表面積和重量之(zhi)比接近的零(ling)件。零(ling)件與(yu)陰極托盤(pan)之(zhi)間接觸良好,零(ling)件間距一般為(wei)40~70mm。如能保證質量,也可以多種零(ling)件混裝。
3. 待滲(shen)氮件需防滲(shen)部(bu)位和不需滲(shen)氮的(de)小孔、窄(zhai)縫應進行覆(fu)蓋、屏蔽。待滲(shen)氮件至(zhi)陽極(ji)距離(li)大致相(xiang)等，在待滲(shen)氮件預測溫度可能偏低(di)的(de)部(bu)位可設(she)置輔助陰極(ji)和輔助陽極(ji)。
4. 試樣安放的位置應保證在滲氮時與零件的溫度一致，或(huo)采用模擬試件。
5. 蓋(gai)上爐罩，起動真空泵，待(dai)爐壓(ya)(ya)至極限(xian)真空度后停(ting)泵，使爐內壓(ya)(ya)升至常壓(ya)(ya)，并重復一(yi)次。這(zhe)樣也能降低起輝(hui)電壓(ya)(ya)，縮短打散(san)弧時間。
6. 氨(an)干燥處(chu)理(li)：供貨態的氨(an)，有一(yi)定的殘(can)存水(shui)分會隨氨(an)進入(ru)爐(lu)內，容易(yi)使化合物層出(chu)現(xian)ε相。干燥器最好用不(bu)銹(xiu)鋼板(ban)焊接，填充硅(gui)膠、木炭等干燥劑(ji)。在滲氮過程中，若氨(an)氣流量計出(chu)現(xian)小水(shui)珠，應對干燥劑(ji)進行烘干或更換。
7. 氨(an)熱分解(jie)(jie)：氨(an)熱分解(jie)(jie)可通過750℃左右的(de)蛇形(xing)或螺旋(xuan)形(xing)熱分解(jie)(jie)器實現。分解(jie)(jie)器的(de)內(nei)徑(jing)為(wei)8～12mm，由(you)不(bu)銹(xiu)鋼管制(zhi)成(cheng)，展開長(chang)度為(wei)1.5～2.5m。分解(jie)(jie)器可置于箱式(shi)電爐內(nei)，也(ye)可用(yong)6kW左右的(de)專用(yong)封閉式(shi)小型(xing)電爐。
8. 正(zheng)壓狀態(tai)供氮：輸氮管路一般都比較(jiao)長，接頭多，而且常存在盤折現(xian)象。氨(an)壓在管壁損失大，加(jia)之干燥(zao)器的阻(zu)力(li)，使(shi)流量計(ji)進氣(qi)端接頭等處有(you)可能出現(xian)負壓。若這些地方(fang)不嚴密，空氣(qi)進入流量計(ji)，混入爐(lu)內，將造(zao)成零件(jian)滲(shen)氮層薄且硬度低等缺陷。所以流量計(ji)一側應(ying)維持正(zheng)壓，輸氨(an)管路應(ying)盡量短，各個接頭要牢固。
9. 采用(yong)合適的電壓點燃輝(hui)光后，采用(yong)逐步交替升高壓和(he)氣壓的程序進行清理和(he)升溫，升溫速度一般以250～350℃／h為宜。升溫速度過快，會增加零(ling)件的變形量，因此易變形零(ling)件在400℃以上(shang)應緩慢加熱(re)。
10. 冷卻水要適量：保溫期間冷卻水不(bu)宜過大，爐體表面溫度維持在30℃左右即可。
11. 弱輝(hui)降溫：保(bao)溫階(jie)段結束后，提高爐(lu)內真空度(du)，減小電流，以(yi)(yi)不使輝(hui)光(guang)熄滅為度(du)（傳統(tong)上是關閉閥門停止供氣(qi)(qi)和抽氣(qi)(qi)，切斷輝(hui)光(guang)電源，零件(jian)在滲氮氣(qi)(qi)氛中隨爐(lu)冷卻(que)）。待爐(lu)溫降到250℃以(yi)(yi)下時滅輝(hui)，再加大氨量和冷卻(que)水(shui)量，冷卻(que)0.5h。
12. 零件(jian)溫度降到(dao)200℃以下方可出爐。
13. 零件(jian)出爐后應進行(xing)外觀、硬度(du)、滲氮深度(du)、金相(xiang)組織、變形量的(de)檢查。
部分(fen)不(bu)銹鋼(gang)常用(yong)滲氮工藝規范見表(biao)3-21，離子滲碳時的(de)氨氣流量(liang)可根據設備功率參照表(biao)3-22選取(qu)。
