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. 滲入速度快
在滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮溫度(du)和(he)保溫時間(jian)相同的(de)(de)情況(kuang)下(xia)，離子滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮所得到的(de)(de)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮層(ceng)厚度(du)明顯大(da)于氣體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮層(ceng)深度(du)，特(te)別是淺(qian)層(ceng)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮時（滲(shen)(shen)(shen)(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮的(de)(de)速度(du)是氣體(ti)滲(shen)(shen)(shen)(shen)氮的(de)(de)兩倍以上。
2. 零件變形小
由(you)于離子(zi)滲(shen)(shen)氮是(shi)通過陰極濺射進(jin)行(xing)的，因此抵消(xiao)掉了一部分因氮的滲(shen)(shen)入(ru)引(yin)起的零(ling)件尺寸(cun)的漲量。同時(shi)離子(zi)滲(shen)(shen)氮溫度較(jiao)低(di)，變形(xing)較(jiao)小。
3. 滲氮組織易于控(kong)制(zhi)
通過調節滲氮氣體的成分(fen)可(ke)以對滲層(ceng)組織進(jin)行適當的控制，并降(jiang)低(di)不(bu)銹(xiu)鋼(gang)零件的脆性(xing)。
4. 易于實(shi)現局部(bu)滲氮(dan)
用機(ji)械屏蔽法即可對(dui)非滲氮部位進行有效的保護，比氣體滲氮采用電鍍、涂料等(deng)保護法經濟、簡便。
離(li)子(zi)(zi)(zi)滲氮是在離(li)子(zi)(zi)(zi)滲氮爐(lu)(lu)中(zhong)進行的(de)，在低(di)真空(kong)下，向爐(lu)(lu)中(zhong)通入氨氣或氮氫混(hun)合氣體。以工(gong)(gong)件(jian)(jian)為陰極(ji)，爐(lu)(lu)壁(bi)為陽極(ji)，在直流(liu)電壓的(de)作用下引起輝光放電，氮被(bei)離(li)子(zi)(zi)(zi)化，并以高速向工(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)轟擊，一方面(mian)使(shi)工(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)產生(sheng)離(li)子(zi)(zi)(zi)濺(jian)射，造成晶格缺陷；另(ling)一方面(mian)，轟擊產生(sheng)熱能，加熱工(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)。氮離(li)子(zi)(zi)(zi)被(bei)工(gong)(gong)件(jian)(jian)表面(mian)擒獲、吸收，并向工(gong)(gong)件(jian)(jian)內部擴散。
一(yi)、離子滲氮(dan)的(de)工藝參(can)數
離子滲(shen)氮的主要(yao)工藝參數為：
1. 真空(kong)度：一般為1.33～13.3Pa，爐子應(ying)在限定時間達(da)到(dao)6.65Pa。
2. 氣(qi)壓：氣(qi)體(ti)常(chang)用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓(ya)(ya)：加熱電壓(ya)(ya)為550~750V;在保溫階(jie)段,電壓(ya)(ya)應適當(dang)比加熱階(jie)段電壓(ya)(ya)略低,通常為550~650V。形狀簡單取650V,形狀復雜取550V。
5. 滲(shen)氮溫度(du)(du)：一般取450~600℃,即使在400℃以下也能滲(shen)氮處理。滲(shen)氮溫度(du)(du)低時(shi)滲(shen)層薄,但(dan)溫度(du)(du)過高則氮化(hua)物粗化(hua)、硬(ying)度(du)(du)下降并(bing)降低抗(kang)粘(zhan)模能力(li)。工廠(chang)里多采(cai)用510-550℃,效果較佳。
6. 滲(shen)氮時間：離子(zi)滲(shen)氮時間的選擇主要取決于零(ling)件所選用的材料、要求(qiu)的滲(shen)氮層深度以(yi)及滲(shen)氮的溫度。不(bu)銹鋼零(ling)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、滲氮前的準備(bei)
為了控制滲氮質(zhi)量,必須對零件的預處理、設備真空性能、滲氮操作進行嚴格控制。
1. 零件的調質處理或(huo)固(gu)溶處理：馬氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)調質(zhi)后(hou),其基體(ti)(ti)為回(hui)火索氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),提高(gao)(gao)了基體(ti)(ti)強度和韌性(xing)及疲勞(lao)性(xing)能。同樣條件(jian)下,調質(zhi)后(hou)滲(shen)氮(dan)層深度可(ke)提高(gao)(gao)20%以上,硬度也有所提高(gao)(gao)。奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)不銹鋼(gang)固溶后(hou)可(ke)獲得單一(yi)的奧(ao)氏(shi)體(ti)(ti)組織(zhi)(zhi),有利于滲(shen)氮(dan)層深度的提高(gao)(gao)。
2. 消除應力(li)退(tui)火：為了減(jian)少不(bu)銹鋼零件(jian)滲氮后的(de)變形(xing),在半精(jing)加工(gong)后、精(jing)加工(gong)前,加一次(ci)消除(chu)加工(gong)應力(li)退火處理(li)。退火溫度為600-700℃,保溫時間(jian)為2-4h,可減(jian)少變形(xing)。
3. 不銹鋼零(ling)件(jian)在滲氮(dan)前應(ying)進行脫脂除銹,清理飛(fei)邊毛刺,消除弧光放電(dian)。
4. 應進行設備極限真空(kong)度試(shi)驗,爐子應在限定(ding)的(de)時間內(nei)達到6.65Pa。否(fou)則,在沒有足(zu)夠(gou)的(de)極限真空(kong)度下(xia),容易引起工件在滲氮和冷卻過程中的(de)氧化,加大氮原子擴散阻力。
5. 真空(kong)保(bao)持(chi)試驗(yan)。真空(kong)保(bao)持(chi)和極(ji)限真空(kong)度(du)有密(mi)切關系。實踐證明,爐子的真空(kong)保(bao)持(chi)(即壓(ya)升率)為爐壓(ya)每分鐘上升0.133~0.266Pa時,即能滿足(zu)工藝要求(qiu)。一般開(kai)5爐后即應作一次真空(kong)保(bao)持(chi)試驗(yan)。
三(san)、滲氮操作
滲氮的具體(ti)操作如下(xia):
1. 清洗：清洗待滲氮件(jian)表面和內(nei)孔(kong)的(de)油污、銹斑以及孔(kong)內(nei)殘(can)存的(de)切(qie)屑。
2. 裝爐：同爐處理的待滲氮件(jian)應為同種(zhong)零件(jian)或表面積和重(zhong)量之(zhi)比接近的零件(jian)。零件(jian)與陰極(ji)托盤之(zhi)間接觸良好,零件(jian)間距(ju)一般為40~70mm。如能保證質量,也可以多種(zhong)零件(jian)混裝。
3. 待滲(shen)(shen)氮(dan)件需防(fang)滲(shen)(shen)部位和不需滲(shen)(shen)氮(dan)的(de)小孔、窄(zhai)縫應進行覆蓋、屏(ping)蔽。待滲(shen)(shen)氮(dan)件至陽極距離大致(zhi)相(xiang)等，在待滲(shen)(shen)氮(dan)件預測溫度可能偏低的(de)部位可設置輔助陰極和輔助陽極。
4. 試樣安放(fang)的位置應保證在滲氮時與零件的溫度(du)一(yi)致，或采用模擬試件。
5. 蓋上爐(lu)(lu)罩，起(qi)(qi)動真空(kong)泵(beng)，待爐(lu)(lu)壓(ya)(ya)至極限(xian)真空(kong)度(du)后停泵(beng)，使(shi)爐(lu)(lu)內(nei)壓(ya)(ya)升至常壓(ya)(ya)，并重(zhong)復(fu)一次。這樣也能降低起(qi)(qi)輝電壓(ya)(ya)，縮(suo)短打(da)散弧時(shi)間。
6. 氨(an)干燥處理：供(gong)貨(huo)態(tai)的氨(an)，有(you)一定的殘(can)存(cun)水分會隨氨(an)進入爐內(nei)，容易使(shi)化合物層出現ε相。干燥器最好用不(bu)銹鋼板焊接(jie)，填充(chong)硅(gui)膠、木炭等干燥劑(ji)。在(zai)滲氮(dan)過(guo)程(cheng)中，若氨(an)氣流量計出現小水珠，應對干燥劑(ji)進行烘干或更換。
7. 氨熱(re)分(fen)(fen)解(jie)：氨熱(re)分(fen)(fen)解(jie)可(ke)(ke)通過750℃左(zuo)(zuo)右的蛇形或螺旋形熱(re)分(fen)(fen)解(jie)器實現(xian)。分(fen)(fen)解(jie)器的內(nei)徑為8～12mm，由(you)不銹鋼管制成，展(zhan)開長(chang)度(du)為1.5～2.5m。分(fen)(fen)解(jie)器可(ke)(ke)置(zhi)于箱式電爐內(nei)，也(ye)可(ke)(ke)用6kW左(zuo)(zuo)右的專用封(feng)閉式小型電爐。
8. 正(zheng)壓狀態供氮(dan)：輸氮(dan)管(guan)路一般(ban)都比較長(chang)，接(jie)(jie)頭多(duo)，而且常存在(zai)(zai)盤折現(xian)象(xiang)。氨壓在(zai)(zai)管(guan)壁損失(shi)大，加之干燥器的阻力，使(shi)流量計(ji)進氣端(duan)接(jie)(jie)頭等(deng)處(chu)有可能出現(xian)負壓。若這些地方不嚴密，空氣進入(ru)流量計(ji)，混入(ru)爐內，將(jiang)造成(cheng)零件(jian)滲氮(dan)層薄且硬度低等(deng)缺陷。所以流量計(ji)一側(ce)應維持正(zheng)壓，輸氨管(guan)路應盡量短，各個接(jie)(jie)頭要(yao)牢固。
9. 采(cai)用(yong)合適的(de)(de)電(dian)壓點(dian)燃(ran)輝光(guang)后(hou)，采(cai)用(yong)逐步交替升(sheng)(sheng)高壓和氣壓的(de)(de)程序(xu)進(jin)行清理和升(sheng)(sheng)溫，升(sheng)(sheng)溫速(su)度一般以(yi)(yi)250～350℃／h為宜。升(sheng)(sheng)溫速(su)度過快(kuai)，會增加零件的(de)(de)變(bian)形量，因此易(yi)變(bian)形零件在400℃以(yi)(yi)上(shang)應(ying)緩慢加熱。
10. 冷卻(que)水(shui)要適量：保溫期間冷卻(que)水(shui)不宜過(guo)大，爐(lu)體(ti)表面溫度維持在(zai)30℃左右即可。
11. 弱輝降溫(wen)：保溫(wen)階段結束后，提高爐(lu)內真空度，減小電(dian)(dian)流，以不(bu)使輝光熄滅(mie)為(wei)度（傳統(tong)上是關閉閥門(men)停止供氣和抽氣，切斷輝光電(dian)(dian)源，零件在(zai)滲氮氣氛中隨爐(lu)冷卻）。待爐(lu)溫(wen)降到(dao)250℃以下時(shi)滅(mie)輝，再(zai)加大(da)氨(an)量和冷卻水量，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方可出爐。
13. 零件(jian)出爐(lu)后應(ying)進(jin)行外觀、硬度、滲氮深度、金相組織、變形量的檢查(cha)。
部(bu)分不銹鋼常用滲氮工藝(yi)規范見表3-21，離子(zi)滲碳時(shi)的氨氣流量可根據設備功率參照表3-22選取(qu)。
