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. 滲入速度快
在(zai)滲氮(dan)溫(wen)度和保溫(wen)時(shi)間相同的(de)情況下，離子滲氮(dan)所得到的(de)滲氮(dan)層(ceng)(ceng)厚度明(ming)顯(xian)大于氣(qi)體(ti)(ti)滲氮(dan)層(ceng)(ceng)深(shen)度，特別是淺層(ceng)(ceng)滲氮(dan)時(shi)（滲層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子滲氮(dan)的(de)速(su)度是氣(qi)體(ti)(ti)滲氮(dan)的(de)兩(liang)倍以上。
2. 零件變形小
由于離子(zi)滲(shen)氮是通(tong)過陰極濺(jian)射進行的(de)，因(yin)此抵消掉了(le)一部分因(yin)氮的(de)滲(shen)入(ru)引起的(de)零(ling)件尺(chi)寸的(de)漲量。同時離子(zi)滲(shen)氮溫度(du)較(jiao)低，變(bian)形較(jiao)小。
3. 滲(shen)氮組(zu)織易于(yu)控制
通(tong)過調節滲氮(dan)氣體的成分可(ke)以(yi)對滲層組(zu)織(zhi)進行適當的控制，并降低不(bu)銹鋼零件(jian)的脆性(xing)。
4. 易于實現局部滲氮
用機械屏蔽法即可對非滲氮部位進行有效的保(bao)護，比氣(qi)體滲氮采用電鍍(du)、涂料等保(bao)護法經濟(ji)、簡(jian)便。
離(li)子滲(shen)氮(dan)是在離(li)子滲(shen)氮(dan)爐(lu)中進(jin)行的(de)，在低真空下(xia)(xia)，向(xiang)爐(lu)中通入(ru)氨氣或氮(dan)氫混合氣體。以工(gong)件(jian)(jian)為陰極，爐(lu)壁為陽極，在直流電壓(ya)的(de)作用(yong)下(xia)(xia)引起(qi)輝光放電，氮(dan)被離(li)子化，并(bing)以高速向(xiang)工(gong)件(jian)(jian)表面轟擊，一方(fang)(fang)面使工(gong)件(jian)(jian)表面產(chan)生(sheng)離(li)子濺射，造成晶格缺(que)陷(xian)；另一方(fang)(fang)面，轟擊產(chan)生(sheng)熱(re)能，加(jia)熱(re)工(gong)件(jian)(jian)表面。氮(dan)離(li)子被工(gong)件(jian)(jian)表面擒(qin)獲、吸(xi)收，并(bing)向(xiang)工(gong)件(jian)(jian)內部擴散(san)。
一、離(li)子(zi)滲(shen)氮的工藝(yi)參數
離(li)子滲氮的主要工藝(yi)參數為：
1. 真空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子應在限定時間達到6.65Pa。
2. 氣(qi)壓：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密(mi)度:0.5~5mA/cm.
4. 輝(hui)光電壓(ya)(ya)：加(jia)熱電壓(ya)(ya)為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段(duan)(duan),電壓(ya)(ya)應(ying)適當比加(jia)熱階(jie)段(duan)(duan)電壓(ya)(ya)略低,通(tong)常為(wei)550~650V。形(xing)狀簡(jian)單(dan)取650V,形(xing)狀復雜取550V。
5. 滲氮(dan)溫(wen)度：一般取450~600℃,即使在400℃以下也能滲氮(dan)處理。滲氮(dan)溫(wen)度低時滲層薄(bo),但(dan)溫(wen)度過高則氮(dan)化(hua)物粗(cu)化(hua)、硬度下降(jiang)并降(jiang)低抗粘模能力(li)。工廠里多采用(yong)510-550℃,效(xiao)果(guo)較佳。
6. 滲(shen)(shen)氮時間：離子滲(shen)(shen)氮時間的(de)(de)(de)選擇主要取決于(yu)零(ling)件所選用的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)、要求的(de)(de)(de)滲(shen)(shen)氮層(ceng)深度以及滲(shen)(shen)氮的(de)(de)(de)溫(wen)度。不銹鋼(gang)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(shen)氮質量,必須(xu)對零件(jian)的預處理、設備真(zhen)空性能、滲(shen)氮操作(zuo)進(jin)行嚴格控制。
1. 零件(jian)的調質處(chu)理(li)或固溶(rong)處(chu)理(li)：馬氏體(ti)不(bu)銹鋼調質后(hou),其基(ji)(ji)體(ti)為回火索氏體(ti)組織(zhi),提(ti)高(gao)了基(ji)(ji)體(ti)強度和韌性及(ji)疲勞性能。同樣條(tiao)件下,調質后(hou)滲(shen)氮層(ceng)深度可提(ti)高(gao)20%以(yi)上,硬度也(ye)有所(suo)提(ti)高(gao)。奧氏體(ti)不(bu)銹鋼固(gu)溶后(hou)可獲得(de)單(dan)一(yi)的(de)奧氏體(ti)組織(zhi),有利于滲(shen)氮層(ceng)深度的(de)提(ti)高(gao)。
2. 消除應力退(tui)火：為(wei)了減少不銹鋼零件滲(shen)氮后的變(bian)形,在半精(jing)加(jia)工后、精(jing)加(jia)工前,加(jia)一(yi)次(ci)消(xiao)除加(jia)工應力退火處理。退火溫度為(wei)600-700℃,保(bao)溫時(shi)間為(wei)2-4h,可減少變(bian)形。
3. 不銹鋼零件在滲(shen)氮前應進行脫(tuo)脂除銹,清理飛(fei)邊(bian)毛刺,消(xiao)除弧(hu)光放電。
4. 應進行設備極(ji)限真空度(du)試驗,爐子應在限定的(de)時間內達到6.65Pa。否則,在沒(mei)有足夠的(de)極(ji)限真空度(du)下,容(rong)易(yi)引起工(gong)件在滲氮和冷卻過程中的(de)氧化,加大氮原(yuan)子擴散阻力(li)。
5. 真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)(bao)持(chi)試驗(yan)。真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)(bao)持(chi)和(he)極限(xian)真(zhen)空(kong)(kong)度(du)有密(mi)切關系。實踐證明,爐子的真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)(bao)持(chi)(即壓升率)為爐壓每分鐘上升0.133~0.266Pa時,即能滿足工藝要(yao)求。一(yi)般開5爐后即應作一(yi)次真(zhen)空(kong)(kong)保(bao)(bao)(bao)持(chi)試驗(yan)。
三、滲氮操作
滲氮(dan)的(de)具體操作如下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲氮(dan)件表面和內(nei)孔的油污、銹斑(ban)以及孔內(nei)殘(can)存的切屑。
2. 裝爐：同爐處理的(de)待滲氮件(jian)應為(wei)同種(zhong)零(ling)(ling)件(jian)或表面積和(he)重量(liang)之比(bi)接近的(de)零(ling)(ling)件(jian)。零(ling)(ling)件(jian)與(yu)陰極(ji)托盤之間接觸(chu)良好,零(ling)(ling)件(jian)間距一(yi)般(ban)為(wei)40~70mm。如能保證質量(liang),也可(ke)以多種(zhong)零(ling)(ling)件(jian)混(hun)裝。
3. 待(dai)(dai)(dai)滲(shen)氮(dan)件需防滲(shen)部(bu)位和不需滲(shen)氮(dan)的小孔、窄縫(feng)應(ying)進(jin)行覆蓋、屏蔽。待(dai)(dai)(dai)滲(shen)氮(dan)件至陽極距離大致相等，在(zai)待(dai)(dai)(dai)滲(shen)氮(dan)件預測溫(wen)度可(ke)能偏低的部(bu)位可(ke)設置輔助(zhu)陰極和輔助(zhu)陽極。
4. 試樣(yang)安(an)放(fang)的位(wei)置應保證在滲氮時與零件的溫度一致，或采用(yong)模(mo)擬試件。
5. 蓋(gai)上爐罩，起動真(zhen)空(kong)泵，待爐壓(ya)至(zhi)極限真(zhen)空(kong)度后停泵，使爐內壓(ya)升(sheng)至(zhi)常壓(ya)，并(bing)重復一(yi)次。這樣(yang)也能降低起輝電壓(ya)，縮短打散弧時間(jian)。
6. 氨(an)干燥(zao)處理：供貨態的氨(an)，有一定的殘存水分會隨氨(an)進入爐內，容易使(shi)化(hua)合物層出現ε相。干燥(zao)器最好用不銹(xiu)鋼板(ban)焊接，填充硅膠、木(mu)炭等干燥(zao)劑。在滲氮過(guo)程中，若氨(an)氣流量計出現小水珠，應對干燥(zao)劑進行烘干或更換。
7. 氨(an)熱分(fen)(fen)(fen)解：氨(an)熱分(fen)(fen)(fen)解可(ke)通過750℃左右的(de)蛇形(xing)或螺旋形(xing)熱分(fen)(fen)(fen)解器實現。分(fen)(fen)(fen)解器的(de)內徑為(wei)8～12mm，由不銹鋼管制成，展(zhan)開(kai)長度為(wei)1.5～2.5m。分(fen)(fen)(fen)解器可(ke)置于(yu)箱(xiang)式(shi)電(dian)爐(lu)(lu)內，也(ye)可(ke)用6kW左右的(de)專用封閉式(shi)小型(xing)電(dian)爐(lu)(lu)。
8. 正(zheng)壓狀態(tai)供氮(dan)：輸(shu)氮(dan)管(guan)路(lu)一般都比較(jiao)長(chang)，接頭多，而且(qie)常(chang)存在盤折現(xian)(xian)象(xiang)。氨壓在管(guan)壁(bi)損(sun)失(shi)大，加之(zhi)干燥器(qi)的(de)阻力，使流量(liang)(liang)(liang)計(ji)進氣(qi)端接頭等處有可(ke)能出現(xian)(xian)負(fu)壓。若這些地方不嚴密，空氣(qi)進入流量(liang)(liang)(liang)計(ji)，混入爐內，將造成零(ling)件滲(shen)氮(dan)層薄(bo)且(qie)硬(ying)度低等缺(que)陷。所以(yi)流量(liang)(liang)(liang)計(ji)一側應維持正(zheng)壓，輸(shu)氨管(guan)路(lu)應盡量(liang)(liang)(liang)短，各個接頭要牢固。
9. 采用合(he)適的(de)電壓點燃輝光(guang)后，采用逐步交替升(sheng)高(gao)壓和氣壓的(de)程(cheng)序(xu)進(jin)行(xing)清理(li)和升(sheng)溫(wen)(wen)，升(sheng)溫(wen)(wen)速度(du)一(yi)般(ban)以250～350℃／h為宜。升(sheng)溫(wen)(wen)速度(du)過快(kuai)，會增(zeng)加(jia)零件的(de)變形量，因(yin)此易變形零件在400℃以上(shang)應(ying)緩慢加(jia)熱。
10. 冷(leng)卻(que)水要適(shi)量：保溫期間冷(leng)卻(que)水不宜過大，爐(lu)體表(biao)面(mian)溫度(du)維(wei)持在30℃左右(you)即可。
11. 弱輝降(jiang)溫：保溫階段結束后，提高爐(lu)(lu)內(nei)真空度，減小電(dian)流，以(yi)不(bu)使輝光熄滅為度（傳統上是關閉閥門(men)停(ting)止供氣和(he)抽氣，切(qie)斷輝光電(dian)源(yuan)，零件在滲氮氣氛中(zhong)隨爐(lu)(lu)冷卻）。待爐(lu)(lu)溫降(jiang)到250℃以(yi)下時滅輝，再加大氨量和(he)冷卻水量，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以(yi)下(xia)方可出爐。
13. 零件出爐后(hou)應進行外觀(guan)、硬度、滲氮(dan)深度、金相組織、變形量(liang)的檢查。
部分(fen)不銹鋼常(chang)用滲氮工藝規范見(jian)表3-21，離子(zi)滲碳(tan)時(shi)的氨氣流量可根據(ju)設備功率參照表3-22選取(qu)。
