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(du)快
在滲(shen)氮(dan)(dan)溫(wen)度(du)和保(bao)溫(wen)時間相同(tong)的情況下，離子滲(shen)氮(dan)(dan)所(suo)得到(dao)的滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)厚度(du)明顯(xian)大于氣體滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)(ceng)深(shen)度(du)，特別是淺(qian)層(ceng)(ceng)滲(shen)氮(dan)(dan)時（滲(shen)層(ceng)(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)(dan)的速(su)度(du)是氣體滲(shen)氮(dan)(dan)的兩(liang)倍以上。
2. 零件變形小
由于離子滲(shen)氮是通過陰極濺(jian)射進行的，因(yin)此抵(di)消(xiao)掉(diao)了一部分(fen)因(yin)氮的滲(shen)入引起的零件尺寸的漲(zhang)量。同時(shi)離子滲(shen)氮溫度較(jiao)低，變形較(jiao)小。
3. 滲氮組織易于(yu)控制
通過(guo)調節滲氮(dan)氣體的(de)(de)成(cheng)分可(ke)以對(dui)滲層組(zu)織進行適當(dang)的(de)(de)控(kong)制，并降低不銹鋼(gang)零件的(de)(de)脆性。
4. 易(yi)于實現(xian)局部滲氮
用(yong)機械(xie)屏蔽法(fa)即可對非滲氮部(bu)位進(jin)行有(you)效的保護，比氣體滲氮采用(yong)電(dian)鍍、涂料等保護法(fa)經濟、簡便。
離(li)(li)子(zi)滲氮是(shi)在離(li)(li)子(zi)滲氮爐(lu)(lu)中(zhong)進行的，在低真空(kong)下，向爐(lu)(lu)中(zhong)通入氨氣(qi)(qi)或氮氫混(hun)合氣(qi)(qi)體。以工(gong)件(jian)(jian)(jian)為(wei)陰極，爐(lu)(lu)壁(bi)為(wei)陽極，在直流電壓的作用(yong)下引起輝(hui)光放電，氮被離(li)(li)子(zi)化(hua)，并(bing)以高速(su)向工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)轟(hong)擊，一方面(mian)使(shi)工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)產(chan)生離(li)(li)子(zi)濺射，造成晶格(ge)缺(que)陷；另一方面(mian)，轟(hong)擊產(chan)生熱能(neng)，加熱工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)。氮離(li)(li)子(zi)被工(gong)件(jian)(jian)(jian)表面(mian)擒獲(huo)、吸收，并(bing)向工(gong)件(jian)(jian)(jian)內(nei)部擴散(san)。
一(yi)、離子滲氮的工藝(yi)參數
離子滲氮的主要(yao)工藝參數為：
1. 真(zhen)空度：一般為1.33～13.3Pa，爐(lu)子應在限定時(shi)間(jian)達到6.65Pa。
2. 氣(qi)壓：氣體常(chang)用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電壓：加熱電壓為550~750V;在保溫階(jie)段(duan),電壓應適當比(bi)加熱階(jie)段(duan)電壓略低,通常為550~650V。形狀簡單取(qu)650V,形狀復雜取(qu)550V。
5. 滲氮(dan)溫度：一般取450~600℃,即使在400℃以下也能滲氮(dan)處理(li)。滲氮(dan)溫度低(di)時滲層薄,但溫度過高則氮(dan)化物粗化、硬(ying)度下降并降低(di)抗粘模能力。工廠里多(duo)采用510-550℃,效(xiao)果(guo)較佳。
6. 滲氮時間：離子滲氮時間的(de)(de)(de)選擇(ze)主(zhu)要(yao)取決于零件所(suo)選用的(de)(de)(de)材(cai)料(liao)、要(yao)求的(de)(de)(de)滲氮層深(shen)度(du)以及滲氮的(de)(de)(de)溫(wen)度(du)。不銹鋼零件一般取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
為(wei)了(le)控制(zhi)滲氮(dan)質量,必須對零件的預(yu)處理、設備(bei)真(zhen)空性能、滲氮(dan)操作(zuo)進行嚴(yan)格控制(zhi)。
1. 零件的調質處理或固溶處理：馬氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼調質后(hou),其(qi)基(ji)體(ti)(ti)為回火索(suo)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi),提(ti)高(gao)了基(ji)體(ti)(ti)強度(du)和韌(ren)性(xing)及疲勞(lao)性(xing)能。同樣條件(jian)下,調質后(hou)滲氮層深度(du)可提(ti)高(gao)20%以(yi)上,硬度(du)也有所提(ti)高(gao)。奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)不銹鋼固溶后(hou)可獲得(de)單一的(de)奧(ao)氏(shi)(shi)體(ti)(ti)組織(zhi),有利于滲氮層深度(du)的(de)提(ti)高(gao)。
2. 消除(chu)應力退火：為了減(jian)少(shao)不銹鋼零件(jian)滲氮后的變形,在半(ban)精(jing)加(jia)(jia)(jia)工后、精(jing)加(jia)(jia)(jia)工前,加(jia)(jia)(jia)一次消除(chu)加(jia)(jia)(jia)工應力退火處(chu)理(li)。退火溫度為600-700℃,保溫時間為2-4h,可減(jian)少(shao)變形。
3. 不銹鋼零件在滲氮前應(ying)進(jin)行脫脂除(chu)銹,清理飛(fei)邊毛刺,消除(chu)弧光放電。
4. 應進行設(she)備極(ji)限真(zhen)空度試驗(yan),爐(lu)子應在(zai)限定的時間(jian)內達到6.65Pa。否(fou)則,在(zai)沒有足夠的極(ji)限真(zhen)空度下,容易引(yin)起工件(jian)在(zai)滲氮(dan)和冷卻過程(cheng)中(zhong)的氧化,加(jia)大氮(dan)原子擴散阻力。
5. 真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持試(shi)驗(yan)。真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持和極限真(zhen)(zhen)空(kong)度有密切關系。實踐證明,爐子的真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(即(ji)壓升率(lv))為爐壓每分鐘上升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿足工藝要求。一般(ban)開5爐后(hou)即(ji)應(ying)作一次真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持試(shi)驗(yan)。
三(san)、滲氮操(cao)作(zuo)
滲氮的具(ju)體操作(zuo)如下:
1. 清洗：清洗待滲氮(dan)件表面和內孔的油污、銹斑以及孔內殘(can)存的切屑。
2. 裝爐：同爐處理(li)的待滲氮件(jian)(jian)應為同種零件(jian)(jian)或表(biao)面積和(he)重量之(zhi)比接(jie)(jie)近(jin)的零件(jian)(jian)。零件(jian)(jian)與陰極托盤之(zhi)間接(jie)(jie)觸(chu)良好,零件(jian)(jian)間距(ju)一般(ban)為40~70mm。如能保證質(zhi)量,也(ye)可以(yi)多(duo)種零件(jian)(jian)混裝。
3. 待滲(shen)(shen)氮件需(xu)(xu)防滲(shen)(shen)部位(wei)和不需(xu)(xu)滲(shen)(shen)氮的小(xiao)孔、窄縫應進行覆蓋、屏(ping)蔽。待滲(shen)(shen)氮件至陽(yang)極(ji)距離大(da)致相等，在待滲(shen)(shen)氮件預測溫(wen)度可能(neng)偏低(di)的部位(wei)可設置輔助陰極(ji)和輔助陽(yang)極(ji)。
4. 試(shi)樣安放的(de)位置應保證在滲氮時與零件的(de)溫度一致，或采(cai)用模擬試(shi)件。
5. 蓋上爐(lu)罩，起動(dong)真(zhen)空(kong)泵，待爐(lu)壓(ya)至極限真(zhen)空(kong)度后停泵，使(shi)爐(lu)內壓(ya)升至常壓(ya)，并(bing)重復(fu)一(yi)次(ci)。這樣也能降低起輝電(dian)壓(ya)，縮(suo)短打散弧時(shi)間。
6. 氨干(gan)燥處理(li)：供貨態的氨，有(you)一定的殘(can)存(cun)水(shui)分會(hui)隨氨進入(ru)爐內(nei)，容易使(shi)化(hua)合物層出現ε相。干(gan)燥器最好(hao)用不銹鋼(gang)板焊接，填充(chong)硅膠(jiao)、木炭等干(gan)燥劑(ji)。在(zai)滲(shen)氮(dan)過程中，若氨氣流量計出現小水(shui)珠，應對干(gan)燥劑(ji)進行(xing)烘干(gan)或更換。
7. 氨熱(re)分解(jie)(jie)：氨熱(re)分解(jie)(jie)可(ke)通過750℃左右的(de)蛇形(xing)或螺旋形(xing)熱(re)分解(jie)(jie)器(qi)實現。分解(jie)(jie)器(qi)的(de)內徑(jing)為8～12mm，由不銹(xiu)鋼管(guan)制成，展開(kai)長度為1.5～2.5m。分解(jie)(jie)器(qi)可(ke)置(zhi)于(yu)箱式(shi)電爐(lu)(lu)內，也(ye)可(ke)用6kW左右的(de)專(zhuan)用封閉式(shi)小型電爐(lu)(lu)。
8. 正壓(ya)狀態供氮(dan)(dan)：輸氮(dan)(dan)管(guan)路一般都比較(jiao)長，接頭(tou)多，而(er)且常(chang)存在盤(pan)折現(xian)象。氨壓(ya)在管(guan)壁損(sun)失大，加之干燥器的阻力(li)，使流(liu)量(liang)(liang)計進氣端接頭(tou)等處有(you)可(ke)能出現(xian)負(fu)壓(ya)。若這些地方不嚴密，空(kong)氣進入流(liu)量(liang)(liang)計，混入爐內，將造(zao)成零件(jian)滲(shen)氮(dan)(dan)層薄且硬度(du)低等缺陷(xian)。所(suo)以流(liu)量(liang)(liang)計一側應維(wei)持正壓(ya)，輸氨管(guan)路應盡(jin)量(liang)(liang)短，各(ge)個接頭(tou)要牢(lao)固。
9. 采(cai)用合適的電壓(ya)點燃輝光(guang)后，采(cai)用逐步交替升(sheng)高(gao)壓(ya)和氣壓(ya)的程序(xu)進行清理和升(sheng)溫(wen)，升(sheng)溫(wen)速(su)度(du)一般以(yi)250～350℃／h為(wei)宜。升(sheng)溫(wen)速(su)度(du)過快，會增加零(ling)件的變(bian)形量，因此(ci)易變(bian)形零(ling)件在400℃以(yi)上應緩慢加熱。
10. 冷卻水(shui)要(yao)適量：保溫期間冷卻水(shui)不宜過大，爐體表(biao)面溫度維持(chi)在30℃左右即可(ke)。
11. 弱輝降溫(wen)(wen)：保溫(wen)(wen)階段結束后(hou)，提高爐(lu)內真空度，減小電流(liu)，以不使輝光熄滅為度（傳統上是關(guan)閉閥門停止供氣和(he)(he)抽氣，切斷(duan)輝光電源(yuan)，零件在滲(shen)氮氣氛中隨(sui)爐(lu)冷(leng)卻(que)）。待爐(lu)溫(wen)(wen)降到250℃以下時滅輝，再加大氨量(liang)和(he)(he)冷(leng)卻(que)水(shui)量(liang)，冷(leng)卻(que)0.5h。
12. 零(ling)件溫度降到200℃以下方可出爐。
13. 零件出爐后(hou)應(ying)進(jin)行外觀、硬(ying)度(du)(du)、滲氮深度(du)(du)、金相組織、變形量的檢查。
部(bu)分不銹鋼常(chang)用(yong)滲氮工藝規范見(jian)表3-21，離(li)子滲碳時的(de)氨氣流(liu)量可根據設備(bei)功(gong)率(lv)參照表3-22選取。
