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(zai)滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)溫度和保(bao)溫時(shi)(shi)間相(xiang)同的(de)情況(kuang)下，離子滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)所得到(dao)的(de)滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)層厚(hou)度明顯大于氣(qi)體滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)層深度，特別是(shi)淺層滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)時(shi)(shi)（滲(shen)層≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)的(de)速度是(shi)氣(qi)體滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)的(de)兩(liang)倍以上(shang)。
2. 零(ling)件變形小
由于(yu)離子(zi)滲氮是通過陰極濺射進(jin)行的(de)，因(yin)此抵消(xiao)掉了一部分因(yin)氮的(de)滲入引起的(de)零件尺寸的(de)漲(zhang)量。同時離子(zi)滲氮溫度較低，變形較小。
3. 滲(shen)氮組織(zhi)易于控(kong)制
通過調節滲氮氣體的(de)成(cheng)分可(ke)以對(dui)滲層組織進(jin)行適當的(de)控制(zhi)，并降低不銹鋼零(ling)件的(de)脆性。
4. 易于實現(xian)局(ju)部滲氮
用(yong)(yong)機械屏(ping)蔽法即可對非滲(shen)氮部位進行有效的保(bao)護，比氣體滲(shen)氮采用(yong)(yong)電鍍、涂料(liao)等保(bao)護法經濟、簡(jian)便。
離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)是在離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)爐中(zhong)進行的，在低(di)真空(kong)下(xia)，向爐中(zhong)通(tong)入氨氣或氮(dan)氫混合氣體。以工(gong)件(jian)(jian)為(wei)陰(yin)極，爐壁為(wei)陽極，在直流電壓的作用下(xia)引起輝光(guang)放電，氮(dan)被離(li)(li)子化，并以高速(su)向工(gong)件(jian)(jian)表(biao)(biao)面轟擊，一方面使工(gong)件(jian)(jian)表(biao)(biao)面產(chan)生(sheng)離(li)(li)子濺射，造成晶格缺陷；另(ling)一方面，轟擊產(chan)生(sheng)熱(re)能，加熱(re)工(gong)件(jian)(jian)表(biao)(biao)面。氮(dan)離(li)(li)子被工(gong)件(jian)(jian)表(biao)(biao)面擒獲、吸收，并向工(gong)件(jian)(jian)內部擴(kuo)散。
一(yi)、離子滲氮的工藝參數
離子滲氮的(de)主要工藝參數為：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐子應(ying)在(zai)限定時間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣(qi)體常用壓力為(wei)266~793Pa。
3. 電(dian)流密(mi)度(du):0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓(ya)：加(jia)熱電壓(ya)為550~750V;在保溫階段,電壓(ya)應適當比加(jia)熱階段電壓(ya)略低,通(tong)常(chang)為550~650V。形狀簡單取650V,形狀復(fu)雜取550V。
5. 滲氮(dan)溫(wen)度(du)：一般取450~600℃,即使在400℃以下也能(neng)滲氮(dan)處理。滲氮(dan)溫(wen)度(du)低時滲層薄,但溫(wen)度(du)過高則(ze)氮(dan)化物粗化、硬度(du)下降并降低抗粘模(mo)能(neng)力。工廠(chang)里多采用510-550℃,效果(guo)較佳。
6. 滲氮(dan)時(shi)間(jian)：離子滲氮(dan)時(shi)間(jian)的選擇主要取(qu)決于零件所選用的材料、要求的滲氮(dan)層深度以及滲氮(dan)的溫度。不(bu)銹鋼(gang)零件一(yi)般(ban)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(zhun)備
為了控(kong)制(zhi)(zhi)滲氮質量(liang),必須(xu)對零件的預處理、設備真(zhen)空性能、滲氮操作進行嚴(yan)格控(kong)制(zhi)(zhi)。
1. 零件的調質處理或固溶處理：馬氏體(ti)不銹鋼(gang)調質后(hou),其基體(ti)為回火索(suo)氏體(ti)組織,提高(gao)了基體(ti)強度和韌(ren)性(xing)及疲勞(lao)性(xing)能。同(tong)樣條件下(xia),調質后(hou)滲氮(dan)(dan)層深度可(ke)提高(gao)20%以上,硬度也有所提高(gao)。奧氏體(ti)不銹鋼(gang)固溶后(hou)可(ke)獲得(de)單一的奧氏體(ti)組織,有利于滲氮(dan)(dan)層深度的提高(gao)。
2. 消除應力退火：為了減少不(bu)銹鋼零件滲氮后(hou)的(de)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。退(tui)火溫(wen)度(du)為600-700℃,保溫(wen)時間為2-4h,可減少變形。
3. 不銹(xiu)鋼零(ling)件在滲氮前應進(jin)行脫脂除銹(xiu),清理飛(fei)邊毛刺,消除弧光(guang)放電(dian)。
4. 應(ying)進行設備(bei)極限(xian)真空度(du)試驗,爐子應(ying)在限(xian)定(ding)的時(shi)間內達(da)到6.65Pa。否則,在沒有足夠的極限(xian)真空度(du)下,容易引起工件在滲氮(dan)和冷卻過程中的氧化,加大氮(dan)原子擴散(san)阻力。
5. 真(zhen)空保持(chi)(chi)試(shi)(shi)驗(yan)。真(zhen)空保持(chi)(chi)和(he)極限真(zhen)空度有密(mi)切關(guan)系。實踐證明,爐子的真(zhen)空保持(chi)(chi)(即壓(ya)升率)為爐壓(ya)每分(fen)鐘(zhong)上(shang)升0.133~0.266Pa時,即能滿足工藝要求。一般開5爐后即應作一次(ci)真(zhen)空保持(chi)(chi)試(shi)(shi)驗(yan)。
三(san)、滲氮操作
滲(shen)氮的具(ju)體操(cao)作(zuo)如下:
1. 清(qing)(qing)洗：清(qing)(qing)洗待(dai)滲氮(dan)件表(biao)面和內孔(kong)的(de)油污、銹斑(ban)以及孔(kong)內殘(can)存的(de)切屑(xie)。
2. 裝爐(lu)：同(tong)爐(lu)處(chu)理的(de)待(dai)滲(shen)氮件(jian)(jian)應(ying)為同(tong)種零件(jian)(jian)或表(biao)面積和重量(liang)之比(bi)接(jie)(jie)近的(de)零件(jian)(jian)。零件(jian)(jian)與陰極托(tuo)盤之間(jian)接(jie)(jie)觸(chu)良好(hao),零件(jian)(jian)間(jian)距一般為40~70mm。如能保(bao)證質量(liang),也可(ke)以多種零件(jian)(jian)混(hun)裝。
3. 待(dai)滲(shen)氮件需防(fang)滲(shen)部(bu)(bu)位和不(bu)需滲(shen)氮的小孔(kong)、窄縫(feng)應進(jin)行(xing)覆蓋(gai)、屏蔽。待(dai)滲(shen)氮件至(zhi)陽(yang)極(ji)距離大(da)致相等(deng)，在待(dai)滲(shen)氮件預測溫(wen)度可能偏低(di)的部(bu)(bu)位可設置輔(fu)(fu)助(zhu)陰極(ji)和輔(fu)(fu)助(zhu)陽(yang)極(ji)。
4. 試樣安放的位置應保證在滲氮時(shi)與零件的溫(wen)度一致(zhi)，或采用模擬試件。
5. 蓋上爐罩(zhao)，起(qi)動真空泵(beng)(beng)，待爐壓(ya)至極限真空度后停泵(beng)(beng)，使(shi)爐內(nei)壓(ya)升至常壓(ya)，并重復一次。這樣也能降低起(qi)輝電壓(ya)，縮短打散弧時間。
6. 氨(an)干(gan)(gan)(gan)燥(zao)處理：供(gong)貨態的氨(an)，有一定的殘存水(shui)分(fen)會隨(sui)氨(an)進入爐(lu)內，容易使化合物層(ceng)出現ε相。干(gan)(gan)(gan)燥(zao)器最(zui)好用不銹鋼板焊接，填充硅膠、木炭等干(gan)(gan)(gan)燥(zao)劑。在滲氮過程中，若氨(an)氣流量計(ji)出現小水(shui)珠，應(ying)對(dui)干(gan)(gan)(gan)燥(zao)劑進行烘干(gan)(gan)(gan)或更換。
7. 氨熱(re)分解(jie)：氨熱(re)分解(jie)可通過750℃左右的蛇形(xing)或螺(luo)旋形(xing)熱(re)分解(jie)器(qi)實(shi)現。分解(jie)器(qi)的內徑為(wei)8～12mm，由不銹鋼(gang)管(guan)制成，展(zhan)開長度為(wei)1.5～2.5m。分解(jie)器(qi)可置于箱式電爐(lu)內，也可用6kW左右的專用封閉式小(xiao)型(xing)電爐(lu)。
8. 正壓狀態供氮：輸(shu)(shu)氮管(guan)路一般都比較長，接(jie)頭(tou)多，而(er)且常(chang)存在(zai)(zai)盤折現象(xiang)。氨壓在(zai)(zai)管(guan)壁損失大，加之(zhi)干燥器的阻力，使流量(liang)(liang)(liang)計(ji)進氣端接(jie)頭(tou)等處(chu)有可能出現負壓。若這些地(di)方不嚴密，空(kong)氣進入流量(liang)(liang)(liang)計(ji)，混入爐內，將造成零(ling)件滲(shen)氮層薄(bo)且硬度低等缺陷。所以流量(liang)(liang)(liang)計(ji)一側應維持正壓，輸(shu)(shu)氨管(guan)路應盡量(liang)(liang)(liang)短，各(ge)個接(jie)頭(tou)要牢(lao)固。
9. 采(cai)用(yong)合適的電壓點燃輝(hui)光后，采(cai)用(yong)逐(zhu)步交替升(sheng)(sheng)(sheng)高壓和(he)氣壓的程序進行(xing)清理和(he)升(sheng)(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)，升(sheng)(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)速(su)度一般(ban)以(yi)250～350℃／h為宜(yi)。升(sheng)(sheng)(sheng)溫(wen)(wen)速(su)度過快，會增加零件的變形(xing)量，因此易(yi)變形(xing)零件在400℃以(yi)上應緩慢加熱。
10. 冷卻水要適量：保溫期(qi)間冷卻水不(bu)宜過大(da)，爐體表面(mian)溫度維持在30℃左(zuo)右即(ji)可。
11. 弱輝(hui)降(jiang)溫：保溫階段結束后，提(ti)高(gao)爐(lu)內真(zhen)空度，減小電流，以不(bu)使輝(hui)光熄滅為(wei)度（傳統上是關閉(bi)閥門(men)停止供氣(qi)(qi)和抽氣(qi)(qi)，切斷輝(hui)光電源，零件在滲氮氣(qi)(qi)氛(fen)中隨爐(lu)冷卻(que)）。待爐(lu)溫降(jiang)到250℃以下時滅輝(hui)，再(zai)加大氨量和冷卻(que)水(shui)量，冷卻(que)0.5h。
12. 零件溫度降到(dao)200℃以下方可出爐。
13. 零(ling)件出爐(lu)后應(ying)進行(xing)外觀、硬度、滲氮深(shen)度、金相組織、變形(xing)量的檢查。
部分不銹(xiu)鋼常用滲氮工(gong)藝規(gui)范見表3-21，離子滲碳時(shi)的氨氣(qi)流量可(ke)根(gen)據(ju)設備功(gong)率參照表3-22選(xuan)取。
