氣體滲氮時，不銹(xiu)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(shen)入速度快
在滲氮(dan)溫度和保溫時間(jian)相(xiang)同的情(qing)況下，離子滲氮(dan)所得到的滲氮(dan)層(ceng)厚度明(ming)顯大(da)于氣體滲氮(dan)層(ceng)深度，特別是淺(qian)層(ceng)滲氮(dan)時（滲層(ceng)≤0.20mm），離子滲氮(dan)的速度是氣體滲氮(dan)的兩倍(bei)以(yi)上(shang)。
2. 零件變(bian)形(xing)小
由(you)于離子(zi)滲氮(dan)是(shi)通過陰極濺(jian)射進行(xing)的，因(yin)此(ci)抵消掉了(le)一部分因(yin)氮(dan)的滲入(ru)引(yin)起的零件尺(chi)寸的漲量。同時離子(zi)滲氮(dan)溫(wen)度較低(di)，變形較小。
3. 滲氮組(zu)織易(yi)于控制
通過調節(jie)滲(shen)氮(dan)氣體(ti)的(de)(de)成分可以對滲(shen)層組(zu)織進行適當的(de)(de)控制(zhi)，并(bing)降低不銹鋼零(ling)件的(de)(de)脆性。
4. 易于實(shi)現(xian)局部滲(shen)氮
用機械屏蔽法即可對非滲氮部位進行有效的(de)保護，比氣體滲氮采用電(dian)鍍、涂料等保護法經濟(ji)、簡便。
離(li)(li)(li)子滲氮(dan)是(shi)在離(li)(li)(li)子滲氮(dan)爐(lu)中進行的，在低(di)真空下，向爐(lu)中通入氨氣(qi)或(huo)氮(dan)氫混合(he)氣(qi)體。以工(gong)件(jian)(jian)為陰極，爐(lu)壁(bi)為陽(yang)極，在直流電壓的作用下引(yin)起輝光放電，氮(dan)被(bei)離(li)(li)(li)子化，并(bing)以高速向工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)轟(hong)擊，一(yi)方面(mian)使工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)產(chan)生離(li)(li)(li)子濺射，造成(cheng)晶(jing)格缺陷；另一(yi)方面(mian)，轟(hong)擊產(chan)生熱能，加熱工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)。氮(dan)離(li)(li)(li)子被(bei)工(gong)件(jian)(jian)表面(mian)擒獲、吸(xi)收，并(bing)向工(gong)件(jian)(jian)內部擴散。
一、離(li)子滲氮(dan)的工藝參數(shu)
離子(zi)滲氮的(de)主(zhu)要工藝(yi)參(can)數為：
1. 真(zhen)空度：一般為1.33～13.3Pa，爐子應在限定時(shi)間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣(qi)體常用壓(ya)力(li)為266~793Pa。
3. 電流密(mi)度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓：加熱(re)電壓為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段,電壓應適當(dang)比加熱(re)階(jie)段電壓略低,通常為(wei)550~650V。形狀簡單取(qu)650V,形狀復雜取(qu)550V。
5. 滲氮(dan)(dan)溫(wen)度：一(yi)般(ban)取450~600℃,即使在(zai)400℃以下也能滲氮(dan)(dan)處理。滲氮(dan)(dan)溫(wen)度低時(shi)滲層薄,但溫(wen)度過高(gao)則氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物粗化(hua)(hua)、硬度下降(jiang)并降(jiang)低抗粘模能力。工廠里多(duo)采用510-550℃,效果較佳。
6. 滲(shen)氮(dan)時間(jian)(jian)：離子滲(shen)氮(dan)時間(jian)(jian)的選擇主要取(qu)決于零件(jian)所選用(yong)的材料、要求(qiu)的滲(shen)氮(dan)層深度以及滲(shen)氮(dan)的溫度。不(bu)銹(xiu)鋼零件(jian)一(yi)般取(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(shen)氮前的準備
為(wei)了控制滲氮質量,必須對零件的預處(chu)理、設備真空性能(neng)、滲氮操(cao)作進行(xing)嚴格(ge)控制。
1. 零件的調(diao)質處(chu)理或固溶處(chu)理：馬氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼調質后(hou),其基體(ti)為回火索氏(shi)體(ti)組織,提(ti)高(gao)了(le)基體(ti)強(qiang)度(du)和韌性及疲勞性能。同樣(yang)條(tiao)件下,調質后(hou)滲氮層深度(du)可提(ti)高(gao)20%以(yi)上,硬(ying)度(du)也(ye)有所提(ti)高(gao)。奧(ao)氏(shi)體(ti)不(bu)銹(xiu)鋼固溶后(hou)可獲得單(dan)一的奧(ao)氏(shi)體(ti)組織,有利于滲氮層深度(du)的提(ti)高(gao)。
2. 消除應力退火：為了減少不銹鋼零件滲(shen)氮后的變(bian)形,在半精加(jia)工(gong)后、精加(jia)工(gong)前(qian),加(jia)一次消除加(jia)工(gong)應(ying)力(li)退火處理。退火溫(wen)度(du)為600-700℃,保溫(wen)時(shi)間為2-4h,可減少變(bian)形。
3. 不銹(xiu)鋼零件在滲氮(dan)前應進行脫脂(zhi)除銹(xiu),清理(li)飛邊毛刺,消除弧光(guang)放電。
4. 應進行設備極限真空度(du)試驗(yan),爐子應在(zai)限定的(de)時間(jian)內達到6.65Pa。否則,在(zai)沒有(you)足夠的(de)極限真空度(du)下,容(rong)易引起工件在(zai)滲氮和(he)冷(leng)卻過程中的(de)氧化,加大氮原子擴散(san)阻力。
5. 真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)試(shi)驗。真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)和(he)極限真(zhen)(zhen)空(kong)度有密切關系(xi)。實(shi)踐證明,爐子的真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)(即壓升(sheng)率)為爐壓每分(fen)鐘上升(sheng)0.133~0.266Pa時,即能(neng)滿足工藝要求。一(yi)(yi)般開(kai)5爐后(hou)即應作一(yi)(yi)次真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)試(shi)驗。
三、滲氮操作
滲氮(dan)的具體操作如下:
1. 清洗：清洗待滲(shen)氮件表面和內(nei)孔的油污、銹斑以(yi)及孔內(nei)殘(can)存的切屑。
2. 裝爐(lu)：同爐(lu)處理的待滲氮件(jian)應為同種零(ling)件(jian)或表面積和重量(liang)(liang)之(zhi)比接近(jin)的零(ling)件(jian)。零(ling)件(jian)與陰(yin)極(ji)托(tuo)盤之(zhi)間(jian)接觸良好,零(ling)件(jian)間(jian)距一(yi)般為40~70mm。如能保證質(zhi)量(liang)(liang),也可以多種零(ling)件(jian)混(hun)裝。
3. 待(dai)(dai)滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)需(xu)防滲(shen)(shen)部位和不(bu)需(xu)滲(shen)(shen)氮(dan)的(de)(de)小孔、窄縫應進行覆蓋(gai)、屏(ping)蔽。待(dai)(dai)滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)至陽極距離大致相等(deng)，在(zai)待(dai)(dai)滲(shen)(shen)氮(dan)件(jian)預(yu)測(ce)溫(wen)度可能偏低的(de)(de)部位可設置(zhi)輔助陰極和輔助陽極。
4. 試樣安放的(de)位置應保證(zheng)在(zai)滲(shen)氮時與零件的(de)溫度一致，或采用模擬試件。
5. 蓋上爐罩，起(qi)動真空泵(beng)(beng)，待爐壓(ya)(ya)至(zhi)極(ji)限真空度后停泵(beng)(beng)，使爐內壓(ya)(ya)升(sheng)至(zhi)常壓(ya)(ya)，并重復一次。這樣也能降低(di)起(qi)輝電壓(ya)(ya)，縮短打散弧時(shi)間。
6. 氨(an)干(gan)燥(zao)處理：供貨態的氨(an)，有一定的殘存水分會(hui)隨氨(an)進入爐內，容易使化合物層出(chu)現ε相。干(gan)燥(zao)器(qi)最(zui)好用不銹鋼板(ban)焊接，填充硅膠、木炭等干(gan)燥(zao)劑。在(zai)滲(shen)氮過(guo)程中，若氨(an)氣(qi)流量計出(chu)現小水珠，應(ying)對干(gan)燥(zao)劑進行烘干(gan)或更(geng)換。
7. 氨熱分(fen)解：氨熱分(fen)解可通(tong)過(guo)750℃左右(you)的(de)蛇(she)形(xing)或(huo)螺旋形(xing)熱分(fen)解器實現。分(fen)解器的(de)內徑為8～12mm，由(you)不銹(xiu)鋼管制成，展開長(chang)度為1.5～2.5m。分(fen)解器可置于(yu)箱式電(dian)(dian)爐內，也可用6kW左右(you)的(de)專用封閉式小型電(dian)(dian)爐。
8. 正壓(ya)狀態供氮(dan)：輸(shu)氮(dan)管路一般都比較(jiao)長，接頭多，而且常(chang)存在(zai)盤折現象(xiang)。氨壓(ya)在(zai)管壁損失大，加之干燥器(qi)的阻力(li)，使(shi)流(liu)量計進氣端接頭等處有可能出現負壓(ya)。若這些地(di)方(fang)不嚴密，空(kong)氣進入(ru)流(liu)量計，混入(ru)爐內，將造成零(ling)件滲氮(dan)層薄且硬度低等缺陷。所以流(liu)量計一側應維持正壓(ya)，輸(shu)氨管路應盡量短，各個接頭要牢(lao)固。
9. 采用(yong)合適的電壓點燃(ran)輝光后，采用(yong)逐步交替升高壓和(he)(he)氣壓的程(cheng)序(xu)進行清理(li)和(he)(he)升溫，升溫速度一般以250～350℃／h為(wei)宜。升溫速度過快，會(hui)增加(jia)零件(jian)的變形(xing)量，因此易變形(xing)零件(jian)在400℃以上(shang)應緩慢加(jia)熱(re)。
10. 冷卻水要適(shi)量：保溫(wen)期間(jian)冷卻水不宜過(guo)大，爐(lu)體表面(mian)溫(wen)度維持在30℃左(zuo)右(you)即可。
11. 弱輝降溫(wen)：保溫(wen)階(jie)段(duan)結束后，提高爐(lu)內真空度，減(jian)小電流，以(yi)(yi)不使(shi)輝光熄滅為度（傳統上是關閉(bi)閥門停止(zhi)供氣和抽氣，切斷輝光電源(yuan)，零(ling)件在滲氮(dan)氣氛中隨爐(lu)冷卻）。待爐(lu)溫(wen)降到(dao)250℃以(yi)(yi)下時(shi)滅輝，再加大氨量(liang)和冷卻水量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方可出(chu)爐。
13. 零件出爐后應進(jin)行外觀、硬度、滲氮深(shen)度、金(jin)相組(zu)織、變形量的檢(jian)查。
部分不(bu)銹鋼常用滲(shen)(shen)氮工藝規范見表3-21，離子滲(shen)(shen)碳時的氨氣(qi)流量可根據設備功率參照表3-22選取。
