氣體滲氮時，不(bu)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(shen)氮溫度和保溫時間相同的(de)情況(kuang)下，離子滲(shen)氮所得到(dao)的(de)滲(shen)氮層(ceng)(ceng)厚度明(ming)顯大于(yu)氣體滲(shen)氮層(ceng)(ceng)深度，特別是淺層(ceng)(ceng)滲(shen)氮時（滲(shen)層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮的(de)速度是氣體滲(shen)氮的(de)兩倍以上(shang)。
2. 零件(jian)變(bian)形小(xiao)
由于離(li)子(zi)滲氮是通過陰極濺射進行的(de)，因(yin)此抵消(xiao)掉了(le)一部分(fen)因(yin)氮的(de)滲入(ru)引起的(de)零件尺(chi)寸的(de)漲量(liang)。同(tong)時離(li)子(zi)滲氮溫度較低，變形較小(xiao)。
3. 滲氮組(zu)織易于控(kong)制
通過調節(jie)滲氮氣(qi)體(ti)的(de)成分可以對滲層組織進行適(shi)當的(de)控制，并(bing)降低不銹鋼零件(jian)的(de)脆(cui)性(xing)。
4. 易于實現局部(bu)滲氮
用(yong)機械屏蔽法(fa)即(ji)可對非滲氮部位進行有效的(de)保護(hu)，比氣體滲氮采用(yong)電(dian)鍍(du)、涂(tu)料等(deng)保護(hu)法(fa)經濟、簡便。
離子滲氮(dan)是在離子滲氮(dan)爐(lu)中進(jin)行的，在低真空下(xia)，向(xiang)爐(lu)中通入氨氣或氮(dan)氫混合氣體。以(yi)工件為陰極，爐(lu)壁為陽(yang)極，在直流電壓(ya)的作用下(xia)引起輝(hui)光放電，氮(dan)被(bei)(bei)離子化(hua)，并(bing)以(yi)高速(su)向(xiang)工件表(biao)(biao)面轟擊，一方面使工件表(biao)(biao)面產生離子濺(jian)射，造(zao)成(cheng)晶(jing)格缺陷；另一方面，轟擊產生熱能，加熱工件表(biao)(biao)面。氮(dan)離子被(bei)(bei)工件表(biao)(biao)面擒獲(huo)、吸收，并(bing)向(xiang)工件內(nei)部(bu)擴散。
一、離子(zi)滲氮的工(gong)藝(yi)參數
離子滲氮的主(zhu)要工藝參數為：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐子應在限定時間達到6.65Pa。
2. 氣壓(ya)：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(jia)熱電(dian)壓(ya)為550~750V;在保(bao)溫階段(duan),電(dian)壓(ya)應(ying)適當(dang)比(bi)加(jia)熱階段(duan)電(dian)壓(ya)略(lve)低,通常為550~650V。形狀簡單取650V,形狀復雜(za)取550V。
5. 滲(shen)氮溫度：一般取450~600℃,即使在(zai)400℃以下也能滲(shen)氮處理。滲(shen)氮溫度低時滲(shen)層薄,但溫度過高則氮化(hua)物粗化(hua)、硬度下降并降低抗粘(zhan)模能力。工廠里(li)多(duo)采用510-550℃,效(xiao)果較佳(jia)。
6. 滲(shen)氮時(shi)(shi)間(jian)：離子(zi)滲(shen)氮時(shi)(shi)間(jian)的(de)選擇(ze)主要(yao)(yao)取(qu)決(jue)于零(ling)(ling)件所(suo)選用(yong)的(de)材料(liao)、要(yao)(yao)求的(de)滲(shen)氮層深度以及(ji)滲(shen)氮的(de)溫度。不銹(xiu)鋼零(ling)(ling)件一般取(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、滲氮(dan)前的準備
為了(le)控(kong)制滲(shen)氮質量,必(bi)須對零件的預處(chu)理、設備真空性能、滲(shen)氮操作進行嚴格控(kong)制。
1. 零(ling)件的(de)調質處理(li)或(huo)固溶處理(li)：馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)調(diao)質(zhi)后,其基體(ti)(ti)為回火(huo)索(suo)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi),提高(gao)了(le)基體(ti)(ti)強度和韌性(xing)及(ji)疲勞性(xing)能。同樣條件(jian)下,調(diao)質(zhi)后滲氮層(ceng)深(shen)度可(ke)提高(gao)20%以上,硬度也有所(suo)提高(gao)。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)固溶(rong)后可(ke)獲得單一的奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi),有利于滲氮層(ceng)深(shen)度的提高(gao)。
2. 消除應力退(tui)火：為(wei)(wei)了減少不(bu)銹鋼零(ling)件滲氮(dan)后的變形,在半精加工后、精加工前,加一次消除加工應力(li)退火處理。退火溫度為(wei)(wei)600-700℃,保溫時間為(wei)(wei)2-4h,可減少變形。
3. 不銹(xiu)鋼(gang)零件在滲氮(dan)前應進(jin)行脫(tuo)脂(zhi)除銹(xiu),清理飛邊(bian)毛刺,消(xiao)除弧光放電(dian)。
4. 應進行設(she)備極限(xian)真(zhen)空度試驗,爐(lu)子應在(zai)(zai)限(xian)定的(de)時間(jian)內達(da)到6.65Pa。否(fou)則(ze),在(zai)(zai)沒有(you)足夠的(de)極限(xian)真(zhen)空度下,容易引起工(gong)件在(zai)(zai)滲氮(dan)和冷卻(que)過(guo)程(cheng)中(zhong)的(de)氧化,加大氮(dan)原子擴散阻力。
5. 真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)持試驗。真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)持和極(ji)限真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)度(du)有密(mi)切(qie)關系。實踐(jian)證明(ming),爐(lu)子(zi)的(de)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)持(即(ji)壓(ya)(ya)升率)為爐(lu)壓(ya)(ya)每分鐘上升0.133~0.266Pa時(shi),即(ji)能(neng)滿足工藝要求。一(yi)(yi)般(ban)開5爐(lu)后(hou)即(ji)應(ying)作(zuo)一(yi)(yi)次(ci)真(zhen)(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)持試驗。
三、滲氮操作
滲氮的具體操作如下:
1. 清洗：清洗待滲氮(dan)件表面和(he)內孔(kong)的油污、銹斑以及孔(kong)內殘存的切屑(xie)。
2. 裝爐：同爐處理的待滲(shen)氮件(jian)(jian)應為同種零件(jian)(jian)或表面積(ji)和重量之比接(jie)近的零件(jian)(jian)。零件(jian)(jian)與陰極托盤之間接(jie)觸良好,零件(jian)(jian)間距一(yi)般為40~70mm。如能(neng)保證(zheng)質量,也(ye)可(ke)以多種零件(jian)(jian)混裝。
3. 待(dai)滲(shen)(shen)氮件需(xu)防(fang)滲(shen)(shen)部位和(he)不需(xu)滲(shen)(shen)氮的小孔(kong)、窄(zhai)縫應進行覆蓋、屏蔽。待(dai)滲(shen)(shen)氮件至(zhi)陽極距離大(da)致相等，在待(dai)滲(shen)(shen)氮件預測(ce)溫度可能(neng)偏低的部位可設置(zhi)輔助陰極和(he)輔助陽極。
4. 試樣安放的位置應保證在滲氮時與零件的溫度(du)一(yi)致，或采用模(mo)擬試件。
5. 蓋(gai)上爐罩，起動真空泵，待爐壓至極限真空度后停泵，使爐內壓升至常(chang)壓，并重復(fu)一次。這樣也能(neng)降低起輝電壓，縮短打(da)散弧時(shi)間(jian)。
6. 氨(an)(an)干(gan)燥(zao)(zao)處理：供貨(huo)態的氨(an)(an)，有一定的殘存水(shui)分會隨氨(an)(an)進入爐內，容(rong)易使化合(he)物層出現(xian)ε相。干(gan)燥(zao)(zao)器最好用不(bu)銹(xiu)鋼板焊接，填(tian)充硅膠、木炭等干(gan)燥(zao)(zao)劑。在滲氮過程(cheng)中，若氨(an)(an)氣流量計出現(xian)小水(shui)珠，應對干(gan)燥(zao)(zao)劑進行烘(hong)干(gan)或更換。
7. 氨(an)熱(re)分(fen)(fen)(fen)解：氨(an)熱(re)分(fen)(fen)(fen)解可(ke)通過750℃左右的蛇(she)形或螺旋形熱(re)分(fen)(fen)(fen)解器(qi)(qi)實現。分(fen)(fen)(fen)解器(qi)(qi)的內(nei)徑(jing)為(wei)8～12mm，由(you)不銹鋼管(guan)制成，展(zhan)開長度(du)為(wei)1.5～2.5m。分(fen)(fen)(fen)解器(qi)(qi)可(ke)置于箱式(shi)電爐(lu)內(nei)，也(ye)可(ke)用(yong)6kW左右的專用(yong)封閉式(shi)小(xiao)型電爐(lu)。
8. 正(zheng)壓(ya)狀(zhuang)態供(gong)氮(dan)：輸氮(dan)管(guan)路一(yi)般都比較長(chang)，接(jie)頭(tou)(tou)多，而且常(chang)存在盤折(zhe)現象。氨(an)壓(ya)在管(guan)壁損失大，加之(zhi)干燥器的阻力(li)，使流(liu)量計進(jin)氣(qi)(qi)端接(jie)頭(tou)(tou)等處(chu)有(you)可能出現負壓(ya)。若這些(xie)地方不嚴密(mi)，空氣(qi)(qi)進(jin)入流(liu)量計，混入爐(lu)內，將(jiang)造成(cheng)零(ling)件滲(shen)氮(dan)層薄且硬(ying)度低等缺陷。所(suo)以流(liu)量計一(yi)側應維(wei)持正(zheng)壓(ya)，輸氨(an)管(guan)路應盡(jin)量短，各個接(jie)頭(tou)(tou)要牢固。
9. 采(cai)用合適(shi)的電壓(ya)點燃輝光(guang)后，采(cai)用逐步(bu)交替升高壓(ya)和氣壓(ya)的程(cheng)序進行清(qing)理(li)和升溫(wen)，升溫(wen)速度一般以250～350℃／h為(wei)宜。升溫(wen)速度過快，會增加(jia)零(ling)件的變形量，因此易變形零(ling)件在400℃以上應緩慢加(jia)熱。
10. 冷卻水(shui)(shui)要適量(liang)：保溫期間(jian)冷卻水(shui)(shui)不(bu)宜(yi)過大，爐(lu)體表面溫度維持(chi)在30℃左右(you)即可。
11. 弱輝(hui)降(jiang)溫：保溫階段結束后(hou)，提高爐(lu)(lu)內真空(kong)度，減小電流，以不使輝(hui)光(guang)熄滅為度（傳(chuan)統上是關閉閥門(men)停止供(gong)氣(qi)(qi)和抽氣(qi)(qi)，切(qie)斷輝(hui)光(guang)電源，零件在滲氮氣(qi)(qi)氛(fen)中隨爐(lu)(lu)冷卻）。待爐(lu)(lu)溫降(jiang)到250℃以下時滅輝(hui)，再加大(da)氨量(liang)和冷卻水量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件溫(wen)度降到200℃以下方可出爐(lu)。
13. 零件出爐(lu)后應進行外觀、硬度、滲氮深(shen)度、金(jin)相(xiang)組織(zhi)、變形量的檢查(cha)。
部(bu)分不銹鋼常用滲(shen)氮工藝規范見表(biao)3-21，離子滲(shen)碳時的氨(an)氣流量可根(gen)據設備功率參(can)照表(biao)3-22選取。
