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(nai)熱(re)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)(shen)氮(dan)溫(wen)度(du)(du)和保溫(wen)時間相(xiang)同的(de)(de)情(qing)況下，離子滲(shen)(shen)氮(dan)所得到(dao)的(de)(de)滲(shen)(shen)氮(dan)層(ceng)(ceng)厚度(du)(du)明顯大于氣(qi)體滲(shen)(shen)氮(dan)層(ceng)(ceng)深度(du)(du)，特別是淺層(ceng)(ceng)滲(shen)(shen)氮(dan)時（滲(shen)(shen)層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)(shen)氮(dan)的(de)(de)速度(du)(du)是氣(qi)體滲(shen)(shen)氮(dan)的(de)(de)兩倍以上。
2. 零件變形小
由于離子滲(shen)氮(dan)是通(tong)過陰(yin)極濺射進行的，因此抵消掉(diao)了一部分因氮(dan)的滲(shen)入引起的零(ling)件(jian)尺寸(cun)的漲量。同時離子滲(shen)氮(dan)溫度較(jiao)低，變形較(jiao)小。
3. 滲氮組(zu)織(zhi)易于(yu)控制
通(tong)過調節滲(shen)氮(dan)氣體的(de)成分可以對(dui)滲(shen)層(ceng)組織進(jin)行適當的(de)控制，并(bing)降低不銹(xiu)鋼零件的(de)脆性。
4. 易于(yu)實(shi)現局(ju)部(bu)滲氮
用(yong)機械(xie)屏蔽法(fa)即(ji)可對非滲(shen)氮(dan)(dan)部位進(jin)行有效的保護，比氣(qi)體滲(shen)氮(dan)(dan)采用(yong)電鍍、涂料等保護法(fa)經(jing)濟、簡便。
離(li)子滲氮(dan)(dan)(dan)(dan)是(shi)在離(li)子滲氮(dan)(dan)(dan)(dan)爐(lu)中進行的，在低(di)真空(kong)下，向爐(lu)中通入(ru)氨氣(qi)或(huo)氮(dan)(dan)(dan)(dan)氫(qing)混合氣(qi)體。以工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)為(wei)(wei)陰極，爐(lu)壁為(wei)(wei)陽極，在直流(liu)電(dian)壓(ya)的作用(yong)下引起輝光放(fang)電(dian)，氮(dan)(dan)(dan)(dan)被離(li)子化(hua)，并(bing)以高速向工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)轟(hong)擊(ji)，一(yi)方(fang)面(mian)使工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)產生(sheng)離(li)子濺射，造成晶(jing)格(ge)缺陷；另一(yi)方(fang)面(mian)，轟(hong)擊(ji)產生(sheng)熱能，加熱工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)。氮(dan)(dan)(dan)(dan)離(li)子被工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)擒獲、吸(xi)收，并(bing)向工(gong)(gong)(gong)件(jian)(jian)內部擴散。
一、離(li)子(zi)滲氮(dan)的工藝參數
離子滲氮(dan)的主要工(gong)藝(yi)參數為：
1. 真(zhen)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:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)壓(ya)：加(jia)熱(re)電(dian)壓(ya)為550~750V;在保溫階(jie)段(duan),電(dian)壓(ya)應(ying)適當比加(jia)熱(re)階(jie)段(duan)電(dian)壓(ya)略低,通常(chang)為550~650V。形狀簡(jian)單取(qu)650V,形狀復雜取(qu)550V。
5. 滲氮溫(wen)(wen)度：一般取(qu)450~600℃,即使在400℃以下也能(neng)滲氮處理。滲氮溫(wen)(wen)度低(di)時滲層(ceng)薄,但溫(wen)(wen)度過(guo)高(gao)則氮化物粗化、硬(ying)度下降(jiang)并降(jiang)低(di)抗粘模能(neng)力(li)。工廠(chang)里多采用(yong)510-550℃,效果較佳。
6. 滲(shen)氮(dan)時間(jian)：離子滲(shen)氮(dan)時間(jian)的(de)(de)選擇主要取決于零件所選用的(de)(de)材料、要求的(de)(de)滲(shen)氮(dan)層(ceng)深度(du)以及滲(shen)氮(dan)的(de)(de)溫度(du)。不(bu)銹鋼零件一般取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(shen)氮前的準備
為了控制滲(shen)氮質量,必(bi)須對(dui)零件(jian)的預(yu)處理(li)、設備真空(kong)性能(neng)、滲(shen)氮操作(zuo)進行(xing)嚴格控制。
1. 零件的調質處(chu)理或(huo)固溶處(chu)理：馬氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)調(diao)質(zhi)后(hou),其基(ji)體(ti)為回火索氏體(ti)組織(zhi),提高了(le)基(ji)體(ti)強度(du)(du)(du)和韌性(xing)及疲勞(lao)性(xing)能。同樣條件下,調(diao)質(zhi)后(hou)滲(shen)氮層深度(du)(du)(du)可提高20%以上,硬度(du)(du)(du)也有所提高。奧氏體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)固溶后(hou)可獲得單一的奧氏體(ti)組織(zhi),有利(li)于滲(shen)氮層深度(du)(du)(du)的提高。
2. 消除應力退火(huo)：為(wei)了(le)減少(shao)(shao)不銹鋼零件滲氮后(hou)的變形,在半精(jing)加(jia)工后(hou)、精(jing)加(jia)工前(qian),加(jia)一(yi)次消除(chu)加(jia)工應力退火處理(li)。退火溫(wen)度為(wei)600-700℃,保溫(wen)時(shi)間為(wei)2-4h,可減少(shao)(shao)變形。
3. 不銹(xiu)鋼(gang)零件(jian)在(zai)滲氮前(qian)應進(jin)行脫脂除銹(xiu),清理(li)飛(fei)邊毛刺(ci),消除弧(hu)光放電(dian)。
4. 應(ying)(ying)進行設(she)備(bei)極(ji)限真(zhen)空度試驗(yan),爐子應(ying)(ying)在限定的(de)時間內(nei)達到6.65Pa。否則,在沒有足(zu)夠的(de)極(ji)限真(zhen)空度下(xia),容(rong)易引起工件在滲(shen)氮和冷(leng)卻過(guo)程中的(de)氧化,加大氮原子擴(kuo)散(san)阻力(li)。
5. 真空保持(chi)(chi)試(shi)驗。真空保持(chi)(chi)和極限真空度(du)有密切關(guan)系。實(shi)踐證明,爐(lu)子的真空保持(chi)(chi)(即(ji)壓(ya)升(sheng)(sheng)率)為爐(lu)壓(ya)每分鐘上升(sheng)(sheng)0.133~0.266Pa時,即(ji)能(neng)滿(man)足工藝要求。一(yi)般開5爐(lu)后(hou)即(ji)應作一(yi)次真空保持(chi)(chi)試(shi)驗。
三、滲氮操作(zuo)
滲氮的具體操(cao)作(zuo)如下(xia):
1. 清洗：清洗待滲氮件表面和(he)內孔(kong)的油污、銹(xiu)斑以及孔(kong)內殘存(cun)的切屑(xie)。
2. 裝(zhuang)爐：同爐處理的(de)待滲氮件(jian)(jian)(jian)應為同種(zhong)零(ling)件(jian)(jian)(jian)或表面積和重量之(zhi)比接近的(de)零(ling)件(jian)(jian)(jian)。零(ling)件(jian)(jian)(jian)與陰極(ji)托(tuo)盤(pan)之(zhi)間接觸良好(hao),零(ling)件(jian)(jian)(jian)間距一般為40~70mm。如能保證質量,也可以多(duo)種(zhong)零(ling)件(jian)(jian)(jian)混(hun)裝(zhuang)。
3. 待(dai)滲氮件需(xu)防滲部(bu)(bu)位和不(bu)需(xu)滲氮的(de)小孔、窄縫應進行覆蓋、屏蔽。待(dai)滲氮件至陽極(ji)(ji)距離大致(zhi)相等(deng)，在待(dai)滲氮件預測溫度(du)可能偏低(di)的(de)部(bu)(bu)位可設置輔助陰極(ji)(ji)和輔助陽極(ji)(ji)。
4. 試樣(yang)安放(fang)的位置應保證在滲氮時與零(ling)件的溫度一致，或采用模擬(ni)試件。
5. 蓋上爐(lu)(lu)罩(zhao)，起(qi)動真空泵，待爐(lu)(lu)壓(ya)至極限(xian)真空度后停泵，使爐(lu)(lu)內壓(ya)升至常壓(ya)，并重復一(yi)次。這(zhe)樣(yang)也能(neng)降低起(qi)輝電壓(ya)，縮短打散弧時間。
6. 氨(an)干(gan)燥(zao)處(chu)理：供貨態的氨(an)，有一定(ding)的殘(can)存(cun)水(shui)分會隨氨(an)進(jin)入爐內，容易使化合物(wu)層出現ε相。干(gan)燥(zao)器(qi)最好用(yong)不銹鋼板焊接，填充硅膠(jiao)、木炭等(deng)干(gan)燥(zao)劑(ji)(ji)。在滲氮過(guo)程中，若氨(an)氣流量計出現小(xiao)水(shui)珠，應對(dui)干(gan)燥(zao)劑(ji)(ji)進(jin)行烘干(gan)或(huo)更換。
7. 氨(an)熱分(fen)解(jie)(jie)(jie)：氨(an)熱分(fen)解(jie)(jie)(jie)可通過(guo)750℃左右的(de)蛇(she)形或(huo)螺旋形熱分(fen)解(jie)(jie)(jie)器(qi)實現(xian)。分(fen)解(jie)(jie)(jie)器(qi)的(de)內徑為8～12mm，由(you)不銹(xiu)鋼管(guan)制成，展開(kai)長(chang)度(du)為1.5～2.5m。分(fen)解(jie)(jie)(jie)器(qi)可置于箱式電(dian)爐內，也可用(yong)(yong)6kW左右的(de)專(zhuan)用(yong)(yong)封閉式小型電(dian)爐。
8. 正壓(ya)狀態供氮(dan)(dan)：輸氮(dan)(dan)管路一(yi)般都(dou)比較長(chang)，接(jie)頭多，而且常(chang)存在盤折(zhe)現(xian)象。氨壓(ya)在管壁損(sun)失大(da)，加之干燥器的阻力，使流量(liang)計進氣端接(jie)頭等處有可能(neng)出現(xian)負(fu)壓(ya)。若這些(xie)地方(fang)不(bu)嚴(yan)密，空(kong)氣進入(ru)(ru)流量(liang)計，混(hun)入(ru)(ru)爐內(nei)，將造成零件滲氮(dan)(dan)層(ceng)薄且硬度低(di)等缺(que)陷。所以流量(liang)計一(yi)側(ce)應維持(chi)正壓(ya)，輸氨管路應盡量(liang)短，各個(ge)接(jie)頭要牢固。
9. 采用(yong)合適的電壓點燃輝光后(hou)，采用(yong)逐步交替升(sheng)(sheng)高壓和氣壓的程序進(jin)行清理和升(sheng)(sheng)溫(wen)，升(sheng)(sheng)溫(wen)速度一(yi)般以(yi)250～350℃／h為宜。升(sheng)(sheng)溫(wen)速度過快，會增加零件(jian)的變形(xing)量(liang)，因(yin)此易(yi)變形(xing)零件(jian)在400℃以(yi)上應緩慢加熱(re)。
10. 冷(leng)卻水要(yao)適量：保(bao)溫(wen)期間冷(leng)卻水不(bu)宜過大(da)，爐體表面溫(wen)度維持在30℃左右即可。
11. 弱輝降(jiang)(jiang)溫(wen)：保溫(wen)階段結束后(hou)，提高爐內真空度，減小(xiao)電(dian)流，以(yi)(yi)不使輝光(guang)熄滅為度（傳統上是關閉閥門停止供氣(qi)和抽氣(qi)，切斷輝光(guang)電(dian)源(yuan)，零(ling)件在滲氮氣(qi)氛中隨爐冷卻）。待爐溫(wen)降(jiang)(jiang)到250℃以(yi)(yi)下(xia)時(shi)滅輝，再(zai)加大氨量(liang)和冷卻水(shui)量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件(jian)溫度降到200℃以(yi)下方可出(chu)爐。
13. 零件(jian)出(chu)爐后(hou)應進(jin)行外觀(guan)、硬度、滲氮深度、金相(xiang)組(zu)織(zhi)、變形量的檢查。
部分(fen)不(bu)銹鋼常用滲氮工(gong)藝規范見表3-21，離子(zi)滲碳時的(de)氨氣流(liu)量可根據(ju)設備功率參照表3-22選取。
