氣體滲氮時，不(bu)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(ru)速度快
在滲(shen)氮(dan)溫度(du)和保溫時間(jian)相同(tong)的情況下，離子滲(shen)氮(dan)所得(de)到(dao)的滲(shen)氮(dan)層(ceng)(ceng)厚度(du)明顯(xian)大(da)于(yu)氣(qi)體滲(shen)氮(dan)層(ceng)(ceng)深度(du)，特(te)別是(shi)淺層(ceng)(ceng)滲(shen)氮(dan)時（滲(shen)層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)的速度(du)是(shi)氣(qi)體滲(shen)氮(dan)的兩倍以上。
2. 零件變(bian)形小
由于離子滲(shen)氮是通(tong)過(guo)陰極濺射進行的(de)，因此(ci)抵消掉了一部分因氮的(de)滲(shen)入引起的(de)零件尺寸的(de)漲量。同時離子滲(shen)氮溫度較低，變形較小。
3. 滲氮組(zu)織(zhi)易(yi)于控(kong)制
通過調節滲(shen)氮(dan)氣體的成分可以對滲(shen)層組織進行(xing)適當的控(kong)制，并(bing)降低不銹鋼零(ling)件的脆性。
4. 易于實現局(ju)部滲氮
用機械屏蔽法(fa)即(ji)可對非(fei)滲氮部位進行有效(xiao)的(de)保(bao)護，比氣(qi)體滲氮采用電鍍、涂料(liao)等保(bao)護法(fa)經濟、簡便(bian)。
離(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)(dan)是在(zai)離(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)(dan)爐(lu)中(zhong)進行的(de)(de)，在(zai)低真空(kong)下，向爐(lu)中(zhong)通(tong)入(ru)氨(an)氣或氮(dan)(dan)(dan)氫(qing)混(hun)合氣體。以(yi)工(gong)件(jian)(jian)(jian)為陰極，爐(lu)壁為陽極，在(zai)直流電壓的(de)(de)作(zuo)用下引起輝(hui)光(guang)放電，氮(dan)(dan)(dan)被離(li)子(zi)化(hua)，并以(yi)高速向工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面轟擊(ji)，一方面使工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面產生離(li)子(zi)濺射，造成晶格缺陷；另一方面，轟擊(ji)產生熱能，加熱工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面。氮(dan)(dan)(dan)離(li)子(zi)被工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面擒獲、吸收，并向工(gong)件(jian)(jian)(jian)內部擴散。
一(yi)、離(li)子滲氮(dan)的(de)工藝(yi)參數
離子滲(shen)氮(dan)的主(zhu)要工藝參(can)數為(wei)：
1. 真空度：一般為(wei)1.33～13.3Pa，爐子應(ying)在(zai)限定時間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用(yong)壓力(li)為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓：加熱電壓為550~750V;在保溫階段,電壓應(ying)適當比加熱階段電壓略低(di),通常(chang)為550~650V。形狀(zhuang)簡單取(qu)650V,形狀(zhuang)復雜取(qu)550V。
5. 滲(shen)氮溫度(du)：一般(ban)取450~600℃,即(ji)使在400℃以下也能滲(shen)氮處理。滲(shen)氮溫度(du)低(di)(di)時滲(shen)層薄(bo),但溫度(du)過高則(ze)氮化(hua)物粗化(hua)、硬度(du)下降并降低(di)(di)抗(kang)粘模能力。工(gong)廠(chang)里多采用(yong)510-550℃,效果較(jiao)佳。
6. 滲氮(dan)(dan)時間：離子滲氮(dan)(dan)時間的選擇主要取決于零件所選用的材料、要求(qiu)的滲氮(dan)(dan)層深度以及(ji)滲氮(dan)(dan)的溫(wen)度。不銹鋼零件一般(ban)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
為了控制滲(shen)氮質量,必(bi)須對零件(jian)的預處(chu)理(li)、設備(bei)真空性能、滲(shen)氮操作進(jin)行嚴格(ge)控制。
1. 零件的(de)調質處理(li)或固溶處理(li)：馬(ma)氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼調質(zhi)后,其基體為回火索氏(shi)(shi)體組織(zhi),提高(gao)(gao)了基體強度和韌性(xing)及疲勞性(xing)能。同樣條件(jian)下,調質(zhi)后滲(shen)氮(dan)層深度可提高(gao)(gao)20%以上,硬(ying)度也(ye)有所提高(gao)(gao)。奧氏(shi)(shi)體不(bu)銹鋼固溶(rong)后可獲(huo)得單一的奧氏(shi)(shi)體組織(zhi),有利于(yu)滲(shen)氮(dan)層深度的提高(gao)(gao)。
2. 消除應力退火(huo)：為了減(jian)少不銹鋼(gang)零件滲氮后(hou)的變形,在半精加工(gong)后(hou)、精加工(gong)前,加一次消除加工(gong)應力退(tui)火處理(li)。退(tui)火溫(wen)度為600-700℃,保溫(wen)時間為2-4h,可(ke)減(jian)少變形。
3. 不(bu)銹鋼零件(jian)在滲氮前應(ying)進行脫脂除(chu)銹,清理(li)飛邊毛刺,消除(chu)弧光放電。
4. 應進行設備(bei)極(ji)限真空度(du)試驗,爐(lu)子(zi)應在限定的時間(jian)內達到(dao)6.65Pa。否則,在沒有(you)足(zu)夠的極(ji)限真空度(du)下,容易引起(qi)工件在滲氮(dan)和冷(leng)卻過程中的氧化,加大氮(dan)原子(zi)擴散阻力。
5. 真空(kong)保(bao)持試驗。真空(kong)保(bao)持和極限真空(kong)度有(you)密(mi)切關(guan)系。實踐證(zheng)明,爐(lu)子的(de)真空(kong)保(bao)持(即壓升率)為爐(lu)壓每(mei)分鐘上升0.133~0.266Pa時,即能滿(man)足工藝要求(qiu)。一般開(kai)5爐(lu)后即應作一次真空(kong)保(bao)持試驗。
三、滲氮操作
滲氮(dan)的具體操作如下:
1. 清洗：清洗待滲氮件表面和內(nei)孔(kong)(kong)的油污、銹斑(ban)以及(ji)孔(kong)(kong)內(nei)殘存的切屑(xie)。
2. 裝(zhuang)爐：同(tong)爐處理的待滲氮件(jian)應為同(tong)種(zhong)(zhong)零(ling)件(jian)或表面積和(he)重量之比接近的零(ling)件(jian)。零(ling)件(jian)與陰極托盤(pan)之間接觸良好,零(ling)件(jian)間距一般為40~70mm。如(ru)能保證質量,也可以多(duo)種(zhong)(zhong)零(ling)件(jian)混(hun)裝(zhuang)。
3. 待滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件(jian)(jian)需防滲(shen)(shen)(shen)部位和不需滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)的(de)(de)小孔、窄縫應進行覆蓋、屏蔽(bi)。待滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件(jian)(jian)至陽極(ji)距離大(da)致相等(deng)，在待滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)件(jian)(jian)預測(ce)溫度可能偏低的(de)(de)部位可設置輔助(zhu)陰極(ji)和輔助(zhu)陽極(ji)。
4. 試(shi)樣安放的(de)位置應保證在滲氮時與零件的(de)溫度一致(zhi)，或(huo)采用模擬試(shi)件。
5. 蓋上爐(lu)罩，起(qi)動真(zhen)空泵(beng)，待爐(lu)壓至(zhi)(zhi)極限真(zhen)空度后停泵(beng)，使爐(lu)內壓升至(zhi)(zhi)常壓，并(bing)重(zhong)復一次。這樣(yang)也能(neng)降(jiang)低起(qi)輝電壓，縮短打散弧時間。
6. 氨干(gan)燥(zao)處理(li)：供貨態的(de)氨，有一(yi)定(ding)的(de)殘(can)存水分會隨(sui)氨進入爐(lu)內(nei)，容易使化(hua)合(he)物層出現(xian)ε相。干(gan)燥(zao)器最好用不(bu)銹鋼(gang)板(ban)焊接，填(tian)充硅膠、木炭等干(gan)燥(zao)劑(ji)。在滲氮過(guo)程中，若氨氣流(liu)量(liang)計出現(xian)小水珠，應對(dui)干(gan)燥(zao)劑(ji)進行烘(hong)干(gan)或更換。
7. 氨(an)熱(re)分(fen)解：氨(an)熱(re)分(fen)解可通(tong)過750℃左(zuo)右的(de)蛇形(xing)或螺旋形(xing)熱(re)分(fen)解器(qi)實(shi)現。分(fen)解器(qi)的(de)內(nei)徑(jing)為8～12mm，由不(bu)銹鋼管制成(cheng)，展開長度為1.5～2.5m。分(fen)解器(qi)可置于箱(xiang)式(shi)電(dian)爐內(nei)，也可用6kW左(zuo)右的(de)專用封閉式(shi)小型電(dian)爐。
8. 正壓(ya)狀態供氮(dan)：輸氮(dan)管路一(yi)般都比較(jiao)長，接(jie)頭(tou)多，而且常存在(zai)盤折現象。氨壓(ya)在(zai)管壁損(sun)失大，加之(zhi)干燥器的阻(zu)力，使流量(liang)(liang)計(ji)進氣端接(jie)頭(tou)等(deng)(deng)處有可能(neng)出(chu)現負壓(ya)。若這些地方不嚴(yan)密，空氣進入流量(liang)(liang)計(ji)，混入爐內，將造成零(ling)件(jian)滲(shen)氮(dan)層薄且硬度低等(deng)(deng)缺陷。所以流量(liang)(liang)計(ji)一(yi)側應維持(chi)正壓(ya)，輸氨管路應盡量(liang)(liang)短，各個接(jie)頭(tou)要牢固(gu)。
9. 采(cai)用合適的電壓點燃輝光后，采(cai)用逐步交替升(sheng)高壓和氣壓的程序進行清理和升(sheng)溫，升(sheng)溫速度一般以250～350℃／h為(wei)宜。升(sheng)溫速度過(guo)快，會增加零(ling)件的變形量，因此(ci)易變形零(ling)件在400℃以上應緩慢加熱。
10. 冷卻(que)水(shui)要適量：保溫(wen)期間冷卻(que)水(shui)不宜過大(da)，爐(lu)體表面溫(wen)度維持在(zai)30℃左右即可。
11. 弱(ruo)輝(hui)降溫：保溫階段結束后，提(ti)高爐(lu)內真(zhen)空(kong)度(du)，減小電流，以不(bu)使輝(hui)光熄滅為度(du)（傳統上是關閉閥門停(ting)止供(gong)氣和(he)抽氣，切(qie)斷輝(hui)光電源，零件(jian)在滲氮氣氛中(zhong)隨爐(lu)冷卻）。待爐(lu)溫降到250℃以下時滅輝(hui)，再加(jia)大(da)氨量(liang)(liang)和(he)冷卻水量(liang)(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降(jiang)到(dao)200℃以下方(fang)可(ke)出爐。
13. 零件出(chu)爐后應(ying)進行外觀、硬度、滲氮深度、金相組(zu)織(zhi)、變形量的檢查。
部分不銹(xiu)鋼常用滲(shen)氮工藝(yi)規范見表3-21，離子滲(shen)碳時的氨氣流量可根(gen)據設備功率參(can)照表3-22選(xuan)取。
