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(kuai)
在(zai)滲(shen)氮溫(wen)度(du)(du)和保溫(wen)時(shi)間相同的(de)(de)情況下，離(li)子(zi)滲(shen)氮所(suo)得(de)到的(de)(de)滲(shen)氮層(ceng)厚度(du)(du)明顯(xian)大于氣體(ti)滲(shen)氮層(ceng)深度(du)(du)，特別是淺層(ceng)滲(shen)氮時(shi)（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離(li)子(zi)滲(shen)氮的(de)(de)速度(du)(du)是氣體(ti)滲(shen)氮的(de)(de)兩(liang)倍以上。
2. 零件變形小
由于離子滲(shen)氮(dan)是(shi)通(tong)過陰(yin)極濺射進行(xing)的，因此(ci)抵消掉了一部分(fen)因氮(dan)的滲(shen)入(ru)引起的零件尺寸(cun)的漲量。同時離子滲(shen)氮(dan)溫度較低，變形較小(xiao)。
3. 滲(shen)氮組織(zhi)易于(yu)控制
通過調節滲(shen)氮氣體的成分可以(yi)對滲(shen)層組織進(jin)行(xing)適(shi)當的控制，并降低(di)不銹鋼零件的脆性(xing)。
4. 易于(yu)實(shi)現局部滲氮(dan)
用(yong)機械屏(ping)蔽(bi)法即可對非滲氮部(bu)位(wei)進(jin)行有(you)效的保(bao)護(hu)，比(bi)氣體滲氮采用(yong)電鍍、涂(tu)料等(deng)保(bao)護(hu)法經濟(ji)、簡(jian)便(bian)。
離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)(dan)是(shi)在(zai)離(li)(li)子滲(shen)氮(dan)(dan)爐(lu)中(zhong)進行的，在(zai)低真空下，向爐(lu)中(zhong)通入氨(an)氣或氮(dan)(dan)氫混合(he)氣體。以工(gong)(gong)件為陰極，爐(lu)壁為陽極，在(zai)直流電(dian)壓的作(zuo)用下引起輝光放電(dian)，氮(dan)(dan)被(bei)離(li)(li)子化，并以高速向工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)轟(hong)擊，一方(fang)面(mian)(mian)使工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)產生離(li)(li)子濺射，造(zao)成晶格缺(que)陷；另一方(fang)面(mian)(mian)，轟(hong)擊產生熱(re)能，加熱(re)工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)。氮(dan)(dan)離(li)(li)子被(bei)工(gong)(gong)件表(biao)面(mian)(mian)擒獲、吸(xi)收，并向工(gong)(gong)件內(nei)部擴(kuo)散。
一、離子滲氮(dan)的工藝參(can)數
離(li)子滲(shen)氮的主(zhu)要工藝參數(shu)為(wei)：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐(lu)子應在限定(ding)時間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)壓(ya)：加(jia)熱(re)電(dian)壓(ya)為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段(duan),電(dian)壓(ya)應適當比加(jia)熱(re)階(jie)段(duan)電(dian)壓(ya)略低,通常為(wei)550~650V。形狀簡單(dan)取650V,形狀復雜取550V。
5. 滲(shen)氮(dan)溫(wen)度：一(yi)般取450~600℃,即(ji)使(shi)在400℃以下也能滲(shen)氮(dan)處理。滲(shen)氮(dan)溫(wen)度低時滲(shen)層薄,但溫(wen)度過高(gao)則氮(dan)化(hua)物粗化(hua)、硬度下降(jiang)并降(jiang)低抗粘模能力。工廠里(li)多(duo)采(cai)用(yong)510-550℃,效果較佳(jia)。
6. 滲氮(dan)時間(jian)：離(li)子滲氮(dan)時間(jian)的選(xuan)擇主要(yao)取決于零件(jian)所選(xuan)用(yong)的材料、要(yao)求的滲氮(dan)層深(shen)度以(yi)及滲氮(dan)的溫度。不(bu)銹(xiu)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
為了控制滲氮質量,必須對(dui)零件的預處(chu)理、設(she)備真空性能、滲氮操作(zuo)進行嚴格控制。
1. 零件的調(diao)質處(chu)理(li)或固溶(rong)處(chu)理(li)：馬氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)調質后,其基體(ti)(ti)為(wei)回火索氏體(ti)(ti)組織,提高(gao)(gao)了基體(ti)(ti)強(qiang)度(du)(du)和(he)韌性及(ji)疲勞性能。同樣條件(jian)下,調質后滲(shen)氮層(ceng)深(shen)(shen)度(du)(du)可(ke)提高(gao)(gao)20%以上,硬度(du)(du)也有(you)(you)所提高(gao)(gao)。奧(ao)氏體(ti)(ti)不銹鋼(gang)固溶后可(ke)獲得單一的奧(ao)氏體(ti)(ti)組織,有(you)(you)利于滲(shen)氮層(ceng)深(shen)(shen)度(du)(du)的提高(gao)(gao)。
2. 消除應力退火(huo)：為了減少不銹(xiu)鋼零件滲氮(dan)后的(de)變形(xing),在半精(jing)(jing)加工后、精(jing)(jing)加工前,加一次消(xiao)除加工應力退火處理。退火溫(wen)(wen)度為600-700℃,保溫(wen)(wen)時間為2-4h,可(ke)減少變形(xing)。
3. 不銹鋼零件(jian)在滲氮前應進行脫(tuo)脂(zhi)除銹,清理飛邊毛刺,消除弧光放電。
4. 應進行設備極(ji)限(xian)真空度試(shi)驗(yan),爐子(zi)應在(zai)限(xian)定的時(shi)間內達到(dao)6.65Pa。否(fou)則,在(zai)沒有足夠的極(ji)限(xian)真空度下,容易(yi)引(yin)起工件在(zai)滲氮和冷卻(que)過程中的氧化,加大(da)氮原(yuan)子(zi)擴散(san)阻力(li)。
5. 真空(kong)保(bao)持(chi)(chi)(chi)試驗(yan)。真空(kong)保(bao)持(chi)(chi)(chi)和(he)極(ji)限真空(kong)度有密(mi)切關系(xi)。實踐證(zheng)明,爐(lu)(lu)子的真空(kong)保(bao)持(chi)(chi)(chi)(即(ji)壓(ya)升率)為(wei)爐(lu)(lu)壓(ya)每(mei)分鐘上升0.133~0.266Pa時,即(ji)能(neng)滿足工藝要(yao)求。一般開5爐(lu)(lu)后即(ji)應作一次(ci)真空(kong)保(bao)持(chi)(chi)(chi)試驗(yan)。
三(san)、滲氮操(cao)作
滲氮(dan)的(de)具體(ti)操作(zuo)如下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲(shen)氮件表面和內孔(kong)的油污、銹斑以及孔(kong)內殘存(cun)的切屑。
2. 裝爐：同爐處理的(de)待滲氮件應為同種零(ling)件或表(biao)面積和(he)重量之比接(jie)近的(de)零(ling)件。零(ling)件與陰極托盤之間接(jie)觸(chu)良(liang)好,零(ling)件間距一般為40~70mm。如能保證質量,也可以(yi)多種零(ling)件混裝。
3. 待(dai)滲(shen)氮件需(xu)防(fang)滲(shen)部位和(he)不(bu)需(xu)滲(shen)氮的(de)小孔、窄縫應進行(xing)覆蓋(gai)、屏蔽。待(dai)滲(shen)氮件至陽極(ji)距離(li)大(da)致相等，在待(dai)滲(shen)氮件預測溫(wen)度可能偏低的(de)部位可設置輔助(zhu)陰極(ji)和(he)輔助(zhu)陽極(ji)。
4. 試樣安放(fang)的位置應保證在滲氮時與零件的溫度(du)一致，或采用模擬試件。
5. 蓋(gai)上爐罩，起(qi)動真(zhen)空(kong)泵，待爐壓(ya)(ya)至極限真(zhen)空(kong)度后停(ting)泵，使爐內壓(ya)(ya)升至常壓(ya)(ya)，并(bing)重(zhong)復(fu)一(yi)次。這樣也能降低(di)起(qi)輝電壓(ya)(ya)，縮短打散弧時間。
6. 氨(an)(an)(an)干(gan)燥處理：供貨態(tai)的氨(an)(an)(an)，有(you)一定(ding)的殘存(cun)水分會隨氨(an)(an)(an)進入爐內，容易使化合物(wu)層出(chu)現ε相。干(gan)燥器最好用不銹(xiu)鋼板(ban)焊接，填充硅膠、木炭等干(gan)燥劑。在滲氮過程(cheng)中，若(ruo)氨(an)(an)(an)氣流量計出(chu)現小水珠，應對干(gan)燥劑進行(xing)烘干(gan)或更(geng)換。
7. 氨熱分(fen)解：氨熱分(fen)解可通(tong)過750℃左(zuo)右的(de)蛇形或螺旋形熱分(fen)解器(qi)實現。分(fen)解器(qi)的(de)內(nei)徑(jing)為8～12mm，由不銹鋼管制成，展開長度為1.5～2.5m。分(fen)解器(qi)可置于(yu)箱式(shi)電爐內(nei)，也可用6kW左(zuo)右的(de)專用封(feng)閉式(shi)小型電爐。
8. 正壓狀態供(gong)氮：輸氮管(guan)路(lu)一(yi)般(ban)都比較長(chang)，接頭多(duo)，而(er)且常存在(zai)盤折現象。氨壓在(zai)管(guan)壁損失大，加之(zhi)干燥器的(de)阻力，使流量計(ji)進氣(qi)端接頭等處有可能出現負(fu)壓。若這些地方不(bu)嚴密，空氣(qi)進入流量計(ji)，混入爐內，將造成零件滲氮層薄且硬度低等缺陷。所以流量計(ji)一(yi)側應維(wei)持正壓，輸氨管(guan)路(lu)應盡(jin)量短，各個接頭要牢(lao)固。
9. 采用合適的(de)電(dian)壓(ya)點燃輝(hui)光后，采用逐步交替升高壓(ya)和(he)氣壓(ya)的(de)程序進行清理和(he)升溫(wen)，升溫(wen)速度(du)一般(ban)以250～350℃／h為宜。升溫(wen)速度(du)過(guo)快，會(hui)增(zeng)加零件的(de)變(bian)形量，因此易變(bian)形零件在400℃以上應緩慢加熱。
10. 冷卻(que)水(shui)要適(shi)量：保溫期間冷卻(que)水(shui)不宜過大，爐體表面溫度(du)維持(chi)在30℃左右即(ji)可。
11. 弱輝降溫：保溫階段結束后，提高爐(lu)內真空(kong)度，減小電流，以不使輝光(guang)熄滅為度（傳統上是關閉閥門停(ting)止供氣(qi)和抽氣(qi)，切斷輝光(guang)電源，零件(jian)在滲(shen)氮氣(qi)氛中隨爐(lu)冷(leng)(leng)卻）。待爐(lu)溫降到(dao)250℃以下時滅輝，再加大(da)氨(an)量(liang)和冷(leng)(leng)卻水量(liang)，冷(leng)(leng)卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方可出爐(lu)。
13. 零(ling)件出(chu)爐(lu)后應進行外觀、硬度(du)、滲(shen)氮(dan)深度(du)、金相組織、變形量的檢查。
部分不(bu)銹(xiu)鋼常(chang)用(yong)滲(shen)氮(dan)工藝(yi)規范(fan)見表(biao)3-21，離子滲(shen)碳時(shi)的氨(an)氣(qi)流(liu)量(liang)可根(gen)據設(she)備(bei)功率參照表(biao)3-22選取。
