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(gang)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(du)快
在滲(shen)氮(dan)溫(wen)度和保溫(wen)時(shi)間相同的情況下，離子滲(shen)氮(dan)所得到(dao)的滲(shen)氮(dan)層(ceng)厚度明顯大(da)于(yu)氣體(ti)滲(shen)氮(dan)層(ceng)深度，特別是淺層(ceng)滲(shen)氮(dan)時(shi)（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)的速度是氣體(ti)滲(shen)氮(dan)的兩倍以上。
2. 零(ling)件變(bian)形小
由(you)于(yu)離(li)子滲氮是(shi)通過陰極(ji)濺射進(jin)行(xing)的，因(yin)此抵(di)消掉了一部分因(yin)氮的滲入引起的零件尺寸的漲量(liang)。同(tong)時離(li)子滲氮溫度較(jiao)低(di)，變形較(jiao)小。
3. 滲氮組織(zhi)易于控制
通過調節滲氮氣體(ti)的成分可(ke)以對滲層組織進行(xing)適(shi)當(dang)的控制，并降低不(bu)銹鋼零件的脆性。
4. 易于實現局部滲氮(dan)
用(yong)機械屏蔽法即可對非滲氮部位進行有效(xiao)的保(bao)護，比氣體滲氮采用(yong)電(dian)鍍(du)、涂(tu)料等保(bao)護法經濟、簡便(bian)。
離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)(dan)是在(zai)離(li)子(zi)(zi)滲氮(dan)(dan)爐中(zhong)進行的，在(zai)低真空下，向爐中(zhong)通入氨氣或(huo)氮(dan)(dan)氫(qing)混合氣體。以工件(jian)為陰極，爐壁(bi)為陽(yang)極，在(zai)直(zhi)流電(dian)壓的作用下引起輝(hui)光放電(dian)，氮(dan)(dan)被離(li)子(zi)(zi)化，并(bing)以高速向工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)轟擊，一(yi)方面(mian)(mian)使工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)產生離(li)子(zi)(zi)濺射，造成晶格缺陷；另一(yi)方面(mian)(mian)，轟擊產生熱(re)(re)能，加熱(re)(re)工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)。氮(dan)(dan)離(li)子(zi)(zi)被工件(jian)表(biao)(biao)面(mian)(mian)擒獲、吸收，并(bing)向工件(jian)內部擴(kuo)散。
一、離子滲氮的工藝(yi)參數
離(li)子(zi)滲氮的主要工藝參數為(wei)：
1. 真(zhen)空度：一般為(wei)1.33～13.3Pa，爐(lu)子應(ying)在限(xian)定時間達(da)到(dao)6.65Pa。
2. 氣(qi)壓(ya)：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密(mi)度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)(dian)壓(ya)：加熱電(dian)(dian)壓(ya)為(wei)(wei)550~750V;在保溫階(jie)段,電(dian)(dian)壓(ya)應適當比(bi)加熱階(jie)段電(dian)(dian)壓(ya)略低,通常為(wei)(wei)550~650V。形狀(zhuang)簡單(dan)取(qu)650V,形狀(zhuang)復雜取(qu)550V。
5. 滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)溫度：一般(ban)取(qu)450~600℃,即(ji)使在400℃以下(xia)也能(neng)滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)處理。滲(shen)(shen)氮(dan)(dan)溫度低(di)時滲(shen)(shen)層薄,但(dan)溫度過高則氮(dan)(dan)化(hua)物粗化(hua)、硬度下(xia)降(jiang)并降(jiang)低(di)抗粘(zhan)模能(neng)力。工廠里多采(cai)用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)選擇主要取決于零(ling)件所選用(yong)的(de)材料(liao)、要求的(de)滲(shen)氮(dan)層深度以及滲(shen)氮(dan)的(de)溫度。不銹(xiu)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(de)準(zhun)備(bei)
為了控制滲(shen)氮質量(liang),必須對零件(jian)的預處理(li)、設備真空性能、滲(shen)氮操作進行嚴格控制。
1. 零件的(de)調質(zhi)處理或固溶(rong)處理：馬氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)調(diao)質后(hou),其基(ji)體(ti)為回火索(suo)氏(shi)體(ti)組織,提高(gao)了基(ji)體(ti)強度(du)和韌性及疲勞性能(neng)。同(tong)樣條件(jian)下(xia),調(diao)質后(hou)滲(shen)氮層(ceng)深(shen)度(du)可提高(gao)20%以上,硬度(du)也有所提高(gao)。奧氏(shi)體(ti)不銹(xiu)鋼(gang)固溶后(hou)可獲得單一的奧氏(shi)體(ti)組織,有利于(yu)滲(shen)氮層(ceng)深(shen)度(du)的提高(gao)。
2. 消除(chu)應(ying)力退火：為了減(jian)少不銹鋼零件滲(shen)氮后(hou)的變形,在半精加(jia)(jia)(jia)工(gong)后(hou)、精加(jia)(jia)(jia)工(gong)前(qian),加(jia)(jia)(jia)一次消除(chu)加(jia)(jia)(jia)工(gong)應力退火(huo)處理。退火(huo)溫度(du)為600-700℃,保溫時(shi)間為2-4h,可減(jian)少變形。
3. 不銹鋼零件(jian)在滲(shen)氮前應進行脫脂除銹,清理飛邊毛(mao)刺,消除弧(hu)光放(fang)電。
4. 應(ying)進行設備極限真(zhen)(zhen)空(kong)度試驗,爐子(zi)應(ying)在(zai)限定(ding)的時間內達到6.65Pa。否則(ze),在(zai)沒有足夠的極限真(zhen)(zhen)空(kong)度下,容易引起工(gong)件在(zai)滲氮和(he)冷卻過程(cheng)中的氧化(hua),加大氮原子(zi)擴(kuo)散阻力。
5. 真空(kong)(kong)保持(chi)試(shi)驗(yan)。真空(kong)(kong)保持(chi)和極限真空(kong)(kong)度有密切(qie)關系。實(shi)踐證明,爐(lu)子的真空(kong)(kong)保持(chi)(即(ji)壓(ya)升率(lv))為爐(lu)壓(ya)每分鐘上(shang)升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿足工(gong)藝要求。一(yi)(yi)般開5爐(lu)后即(ji)應作(zuo)一(yi)(yi)次真空(kong)(kong)保持(chi)試(shi)驗(yan)。
三、滲氮操作
滲氮的具體(ti)操(cao)作如下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲氮件表面和內(nei)孔(kong)的油污(wu)、銹斑以及(ji)孔(kong)內(nei)殘存的切屑。
2. 裝爐：同爐處(chu)理的待滲氮件應(ying)為同種(zhong)零(ling)(ling)件或表(biao)面積和重量之比接近的零(ling)(ling)件。零(ling)(ling)件與(yu)陰(yin)極托盤(pan)之間接觸良(liang)好,零(ling)(ling)件間距一般為40~70mm。如能保證質量,也可以多種(zhong)零(ling)(ling)件混裝。
3. 待滲(shen)氮件需防滲(shen)部位和(he)不(bu)需滲(shen)氮的小孔(kong)、窄縫應進行覆蓋、屏蔽。待滲(shen)氮件至陽極(ji)距離大致相等，在待滲(shen)氮件預測(ce)溫(wen)度可能偏低的部位可設置(zhi)輔助陰極(ji)和(he)輔助陽極(ji)。
4. 試樣安放的位置(zhi)應保證在滲氮(dan)時與(yu)零(ling)件的溫(wen)度(du)一致，或(huo)采用模擬試件。
5. 蓋上爐(lu)罩，起(qi)動真空(kong)泵(beng)，待爐(lu)壓至極(ji)限真空(kong)度后停泵(beng)，使爐(lu)內壓升至常壓，并(bing)重(zhong)復一(yi)次。這樣也(ye)能降(jiang)低起(qi)輝(hui)電(dian)壓，縮短打散(san)弧時間。
6. 氨(an)干(gan)(gan)(gan)燥(zao)(zao)處(chu)理：供貨(huo)態(tai)的氨(an)，有(you)一定(ding)的殘存水分會隨氨(an)進入爐內，容易使化合物(wu)層出現(xian)ε相。干(gan)(gan)(gan)燥(zao)(zao)器(qi)最好用不銹鋼板焊接，填(tian)充硅(gui)膠、木炭等干(gan)(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)(ji)。在滲氮過程中，若氨(an)氣流(liu)量計出現(xian)小水珠，應對干(gan)(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)(ji)進行烘干(gan)(gan)(gan)或更換。
7. 氨(an)熱分(fen)解(jie)：氨(an)熱分(fen)解(jie)可(ke)通(tong)過750℃左(zuo)右(you)的蛇形(xing)或螺旋形(xing)熱分(fen)解(jie)器(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)的內徑為8～12mm，由不銹鋼管制(zhi)成(cheng)，展開長度為1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)可(ke)置于箱式(shi)電(dian)爐(lu)內，也可(ke)用6kW左(zuo)右(you)的專用封閉式(shi)小型電(dian)爐(lu)。
8. 正(zheng)壓(ya)狀態供氮(dan)：輸(shu)氮(dan)管路(lu)一般(ban)都比較長，接(jie)頭(tou)多，而且常存在盤折現象。氨(an)壓(ya)在管壁損(sun)失大，加之干(gan)燥(zao)器(qi)的阻(zu)力，使(shi)流(liu)量計進氣端(duan)接(jie)頭(tou)等處有可能出現負(fu)壓(ya)。若這些地(di)方不(bu)嚴密，空(kong)氣進入流(liu)量計，混入爐(lu)內，將(jiang)造成零件滲(shen)氮(dan)層薄且硬(ying)度低(di)等缺(que)陷。所(suo)以(yi)流(liu)量計一側應維持正(zheng)壓(ya)，輸(shu)氨(an)管路(lu)應盡量短(duan)，各個接(jie)頭(tou)要牢固。
9. 采用合適的電壓(ya)點燃(ran)輝(hui)光后，采用逐步交替升高壓(ya)和氣(qi)壓(ya)的程(cheng)序進(jin)行清理(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(hui)增加(jia)零件(jian)的變形量，因(yin)此易變形零件(jian)在400℃以上應緩慢加(jia)熱。
10. 冷(leng)卻(que)水(shui)要適(shi)量：保溫期間冷(leng)卻(que)水(shui)不宜(yi)過(guo)大，爐體表面溫度維持在30℃左右即可。
11. 弱(ruo)輝(hui)降(jiang)溫：保溫階(jie)段結束后，提高爐(lu)內(nei)真空(kong)度，減小電流，以不使輝(hui)光(guang)熄滅為度（傳統上(shang)是關閉閥(fa)門停止供氣(qi)和(he)抽氣(qi)，切斷輝(hui)光(guang)電源，零件在滲氮氣(qi)氛中隨爐(lu)冷卻）。待(dai)爐(lu)溫降(jiang)到250℃以下時滅輝(hui)，再加大氨量和(he)冷卻水(shui)量，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下(xia)方可出爐。
13. 零件出爐后應(ying)進行外(wai)觀、硬度、滲氮(dan)深度、金相組織、變形量的檢(jian)查。
部分不銹鋼(gang)常用滲(shen)氮工藝規范見(jian)表3-21，離子滲(shen)碳時的氨氣流量可(ke)根據(ju)設備功率參照表3-22選(xuan)取。
