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(kuai)
在滲(shen)(shen)氮溫度和保溫時(shi)間(jian)相同的情況下，離(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮所得到的滲(shen)(shen)氮層(ceng)(ceng)厚度明顯大于氣(qi)體(ti)滲(shen)(shen)氮層(ceng)(ceng)深度，特別是淺層(ceng)(ceng)滲(shen)(shen)氮時(shi)（滲(shen)(shen)層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離(li)子(zi)(zi)滲(shen)(shen)氮的速度是氣(qi)體(ti)滲(shen)(shen)氮的兩倍以上。
2. 零件變形小
由于離(li)子(zi)滲氮是通(tong)過陰(yin)極濺射進行的(de)，因此抵(di)消掉了一部分(fen)因氮的(de)滲入引起的(de)零件尺寸(cun)的(de)漲量。同時(shi)離(li)子(zi)滲氮溫度較低，變形較小。
3. 滲氮組(zu)織易于控制
通過(guo)調節滲氮氣體的(de)成分(fen)可以(yi)對滲層組織進行適當的(de)控制，并降(jiang)低(di)不銹鋼零件的(de)脆性。
4. 易于(yu)實(shi)現局(ju)部滲氮
用機械屏蔽法(fa)即(ji)可對非(fei)滲氮(dan)部位進行有效的保護，比氣(qi)體(ti)滲氮(dan)采(cai)用電鍍、涂料等保護法(fa)經濟(ji)、簡(jian)便(bian)。
離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)是在離(li)(li)子(zi)滲氮(dan)(dan)爐中進行的(de)，在低真空下(xia)(xia)，向爐中通入氨氣或氮(dan)(dan)氫混(hun)合氣體。以工(gong)(gong)件(jian)為(wei)陰極，爐壁為(wei)陽極，在直流電壓的(de)作用下(xia)(xia)引起輝(hui)光放(fang)電，氮(dan)(dan)被離(li)(li)子(zi)化，并以高速(su)向工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)轟(hong)擊(ji)，一方(fang)面(mian)使工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)產(chan)生離(li)(li)子(zi)濺射(she)，造成晶(jing)格缺陷；另一方(fang)面(mian)，轟(hong)擊(ji)產(chan)生熱(re)能(neng)，加熱(re)工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)。氮(dan)(dan)離(li)(li)子(zi)被工(gong)(gong)件(jian)表(biao)面(mian)擒獲(huo)、吸收，并向工(gong)(gong)件(jian)內部擴散(san)。
一、離子滲氮的(de)工(gong)藝參數
離子滲氮的主要工藝參數為：
1. 真(zhen)空度：一般(ban)為1.33～13.3Pa，爐子(zi)應在限(xian)定時間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣(qi)體(ti)常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝(hui)光電壓(ya)(ya)：加熱電壓(ya)(ya)為550~750V;在保溫(wen)階段,電壓(ya)(ya)應(ying)適當(dang)比加熱階段電壓(ya)(ya)略低,通常為550~650V。形狀(zhuang)簡單(dan)取650V,形狀(zhuang)復雜(za)取550V。
5. 滲氮溫度：一般取(qu)450~600℃,即使在400℃以下也能(neng)滲氮處理。滲氮溫度低(di)時滲層薄,但溫度過高則(ze)氮化(hua)物粗(cu)化(hua)、硬度下降并降低(di)抗粘模(mo)能(neng)力。工廠里多采用510-550℃,效果較佳(jia)。
6. 滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)(shi)間：離子(zi)滲(shen)氮(dan)(dan)時(shi)(shi)間的選擇主要取決于(yu)零件(jian)所選用的材料、要求(qiu)的滲(shen)氮(dan)(dan)層深度以及滲(shen)氮(dan)(dan)的溫(wen)度。不銹鋼零件(jian)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
為(wei)了(le)控制(zhi)滲氮質量(liang),必須對(dui)零件的預處理、設備真(zhen)空性能、滲氮操(cao)作進行(xing)嚴格控制(zhi)。
1. 零件的調質處理(li)(li)或固溶處理(li)(li)：馬(ma)氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼調(diao)質(zhi)后,其基(ji)體(ti)為回火索氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織,提(ti)高(gao)了基(ji)體(ti)強度(du)和(he)韌性及疲勞性能(neng)。同樣條件下(xia),調(diao)質(zhi)后滲(shen)(shen)氮層深(shen)度(du)可提(ti)高(gao)20%以上,硬(ying)度(du)也有(you)所提(ti)高(gao)。奧氏(shi)(shi)體(ti)不(bu)銹鋼固(gu)溶后可獲得單(dan)一的奧氏(shi)(shi)體(ti)組(zu)織,有(you)利于滲(shen)(shen)氮層深(shen)度(du)的提(ti)高(gao)。
2. 消除(chu)應力退火(huo)：為了(le)減(jian)少不銹鋼零件滲氮后的變形,在半精加(jia)工(gong)后、精加(jia)工(gong)前,加(jia)一(yi)次(ci)消除加(jia)工(gong)應力(li)退火處理。退火溫度(du)為600-700℃,保(bao)溫時間為2-4h,可減(jian)少變形。
3. 不(bu)銹鋼零(ling)件(jian)在(zai)滲氮前應進行脫(tuo)脂除銹,清理飛(fei)邊(bian)毛刺,消除弧光放(fang)電(dian)。
4. 應(ying)進(jin)行設備極(ji)(ji)限真空度試驗,爐子應(ying)在(zai)限定的時間內達(da)到6.65Pa。否則,在(zai)沒有足夠(gou)的極(ji)(ji)限真空度下(xia),容易(yi)引(yin)起(qi)工件(jian)在(zai)滲氮(dan)和冷卻過程中的氧化,加大(da)氮(dan)原(yuan)子擴(kuo)散阻(zu)力。
5. 真空保持試驗(yan)。真空保持和極(ji)限(xian)真空度有密切關系(xi)。實踐證明,爐子的(de)真空保持(即壓升率)為(wei)爐壓每分鐘上升0.133~0.266Pa時,即能滿足(zu)工藝(yi)要求。一(yi)般開5爐后即應作一(yi)次真空保持試驗(yan)。
三、滲氮操作
滲(shen)氮的(de)具(ju)體操作如(ru)下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲氮件表面和內孔的油污、銹(xiu)斑以(yi)及孔內殘存的切屑。
2. 裝爐(lu)：同(tong)(tong)爐(lu)處理的待(dai)滲氮件(jian)(jian)應為(wei)同(tong)(tong)種零(ling)件(jian)(jian)或表面積(ji)和重量(liang)之比接近的零(ling)件(jian)(jian)。零(ling)件(jian)(jian)與(yu)陰極(ji)托盤之間接觸(chu)良好,零(ling)件(jian)(jian)間距一般為(wei)40~70mm。如(ru)能保證質(zhi)量(liang),也(ye)可以多種零(ling)件(jian)(jian)混(hun)裝。
3. 待(dai)(dai)滲氮件需防滲部(bu)位和不需滲氮的(de)小孔(kong)、窄縫應進行覆蓋(gai)、屏蔽。待(dai)(dai)滲氮件至陽極(ji)距(ju)離大致相等(deng)，在待(dai)(dai)滲氮件預(yu)測(ce)溫度可能偏(pian)低的(de)部(bu)位可設置輔助(zhu)陰極(ji)和輔助(zhu)陽極(ji)。
4. 試(shi)樣安放的位置(zhi)應(ying)保證(zheng)在滲(shen)氮時與零件(jian)的溫(wen)度一致，或采用(yong)模擬試(shi)件(jian)。
5. 蓋上爐罩，起動真(zhen)(zhen)空泵，待爐壓(ya)(ya)至極限真(zhen)(zhen)空度后停泵，使爐內(nei)壓(ya)(ya)升至常壓(ya)(ya)，并重復一次(ci)。這樣也(ye)能降低起輝電(dian)壓(ya)(ya)，縮(suo)短打散弧(hu)時間。
6. 氨干(gan)(gan)燥(zao)(zao)處(chu)理：供貨態的氨，有一定的殘(can)存水(shui)分會隨(sui)氨進入爐(lu)內，容易使化(hua)合物(wu)層出(chu)(chu)現ε相。干(gan)(gan)燥(zao)(zao)器(qi)最好用不銹鋼板焊接，填(tian)充(chong)硅膠、木炭等(deng)干(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)。在滲氮過程中，若氨氣(qi)流量計出(chu)(chu)現小水(shui)珠(zhu)，應對干(gan)(gan)燥(zao)(zao)劑(ji)進行烘干(gan)(gan)或更換。
7. 氨熱(re)分(fen)解(jie)：氨熱(re)分(fen)解(jie)可通過(guo)750℃左右的(de)蛇(she)形或螺旋形熱(re)分(fen)解(jie)器(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)的(de)內徑為8～12mm，由不(bu)銹鋼管制成(cheng)，展開(kai)長度為1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)可置于箱式(shi)電爐(lu)內，也可用6kW左右的(de)專用封(feng)閉式(shi)小型電爐(lu)。
8. 正(zheng)壓(ya)狀態供氮：輸(shu)氮管(guan)路一般都比(bi)較長，接頭(tou)多，而且常(chang)存(cun)在盤(pan)折現象。氨(an)壓(ya)在管(guan)壁損失大，加之干燥(zao)器(qi)的阻力，使流量計(ji)進氣端(duan)接頭(tou)等(deng)處有(you)可能出(chu)現負(fu)壓(ya)。若這些地方不(bu)嚴密，空氣進入流量計(ji)，混入爐內，將造成(cheng)零(ling)件滲氮層(ceng)薄且硬(ying)度低等(deng)缺(que)陷。所以(yi)流量計(ji)一側應維持正(zheng)壓(ya)，輸(shu)氨(an)管(guan)路應盡量短，各個接頭(tou)要牢固(gu)。
9. 采(cai)用合適的(de)電壓(ya)點燃(ran)輝光后，采(cai)用逐步交替升(sheng)高(gao)壓(ya)和(he)氣壓(ya)的(de)程序進行清理和(he)升(sheng)溫(wen)，升(sheng)溫(wen)速度一(yi)般(ban)以250～350℃／h為宜。升(sheng)溫(wen)速度過快，會增(zeng)加零件的(de)變形(xing)量，因此易(yi)變形(xing)零件在400℃以上應緩(huan)慢加熱。
10. 冷卻水要適量：保溫期間冷卻水不宜過大(da)，爐體表(biao)面溫度維持(chi)在30℃左右即可。
11. 弱輝(hui)降溫(wen)(wen)：保溫(wen)(wen)階段結(jie)束(shu)后，提高爐內真空度(du)，減小電(dian)流，以(yi)不使(shi)輝(hui)光熄滅為度(du)（傳統上是關閉(bi)閥(fa)門(men)停(ting)止供氣和抽(chou)氣，切斷輝(hui)光電(dian)源，零件在滲(shen)氮氣氛中隨爐冷(leng)卻(que)）。待爐溫(wen)(wen)降到250℃以(yi)下時滅輝(hui)，再加大氨量和冷(leng)卻(que)水量，冷(leng)卻(que)0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方(fang)可出爐。
13. 零件出爐后應(ying)進(jin)行外觀、硬度、滲氮(dan)深度、金(jin)相組織、變形量的檢查。
部(bu)分不銹鋼常用(yong)滲氮工(gong)藝規范見表3-21，離子滲碳時的氨氣流量可根據設備功率參照表3-22選取(qu)。
