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. 滲入速度快
在滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)溫(wen)度(du)和保溫(wen)時間(jian)相(xiang)同的情況下，離(li)子滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)所(suo)得到的滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)層厚(hou)度(du)明顯大于氣體滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)層深度(du)，特別(bie)是(shi)淺層滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)時（滲(shen)(shen)(shen)層≤0.20mm），離(li)子滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)的速度(du)是(shi)氣體滲(shen)(shen)(shen)氮(dan)(dan)的兩倍以上(shang)。
2. 零件變形(xing)小
由于離(li)子滲氮(dan)是通過陰極濺(jian)射進行的，因此(ci)抵消掉(diao)了一(yi)部分因氮(dan)的滲入引起的零件(jian)尺寸(cun)的漲量。同時離(li)子滲氮(dan)溫(wen)度(du)較(jiao)低(di)，變(bian)形較(jiao)小。
3. 滲氮(dan)組織易于控(kong)制(zhi)
通過(guo)調節滲(shen)氮氣體的(de)成分可以(yi)對滲(shen)層組織進行適當的(de)控制，并降低不銹鋼(gang)零件(jian)的(de)脆性(xing)。
4. 易于實現局部滲氮(dan)
用(yong)機械屏蔽法(fa)即(ji)可對非滲氮(dan)部位進行有效的保(bao)護，比氣體滲氮(dan)采用(yong)電鍍(du)、涂料等保(bao)護法(fa)經(jing)濟(ji)、簡便。
離(li)子(zi)滲氮是在離(li)子(zi)滲氮爐中進行的，在低真空下(xia)，向爐中通入(ru)氨氣或氮氫混合氣體。以工(gong)件(jian)為(wei)陰極(ji)，爐壁為(wei)陽(yang)極(ji)，在直流(liu)電(dian)壓的作用下(xia)引起輝光放電(dian)，氮被離(li)子(zi)化(hua)，并以高速向工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)轟(hong)擊，一方面(mian)使工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)產生離(li)子(zi)濺射，造(zao)成晶(jing)格缺陷(xian)；另一方面(mian)，轟(hong)擊產生熱能，加熱工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)。氮離(li)子(zi)被工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)擒獲、吸收，并向工(gong)件(jian)內部(bu)擴散。
一、離子滲氮的工藝參數
離子滲氮的(de)主要工藝參數(shu)為：
1. 真空度：一般為1.33～13.3Pa，爐子應(ying)在限定時間達到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常(chang)用壓力為266~793Pa。
3. 電流密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)(dian)壓：加熱電(dian)(dian)壓為550~750V;在保溫階段,電(dian)(dian)壓應適(shi)當比加熱階段電(dian)(dian)壓略低,通常為550~650V。形狀簡單取650V,形狀復(fu)雜取550V。
5. 滲(shen)氮溫(wen)度(du)：一般取450~600℃,即使在400℃以下也能(neng)滲(shen)氮處理。滲(shen)氮溫(wen)度(du)低時滲(shen)層薄,但溫(wen)度(du)過高則氮化物粗化、硬度(du)下降(jiang)(jiang)并降(jiang)(jiang)低抗粘模能(neng)力。工(gong)廠里多(duo)采用(yong)510-550℃,效(xiao)果(guo)較(jiao)佳。
6. 滲氮(dan)(dan)時間(jian)：離(li)子滲氮(dan)(dan)時間(jian)的選擇(ze)主(zhu)要(yao)取(qu)決(jue)于零(ling)件(jian)(jian)所選用的材料、要(yao)求的滲氮(dan)(dan)層深度以及滲氮(dan)(dan)的溫(wen)度。不銹鋼(gang)零(ling)件(jian)(jian)一般取(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、滲氮前的(de)準備
為了控制滲氮(dan)質量,必須對零件的預處理、設備真空性能、滲氮(dan)操(cao)作進行(xing)嚴格控制。
1. 零(ling)件的(de)調質(zhi)處理(li)或固(gu)溶處理(li)：馬氏體不(bu)銹鋼調(diao)質(zhi)后,其基體為回(hui)火索氏體組織,提(ti)高(gao)了基體強(qiang)度(du)和韌性及疲勞(lao)性能(neng)。同樣條件下(xia),調(diao)質(zhi)后滲(shen)氮層(ceng)深(shen)度(du)可提(ti)高(gao)20%以上,硬(ying)度(du)也有(you)所(suo)提(ti)高(gao)。奧(ao)氏體不(bu)銹鋼固溶后可獲(huo)得單(dan)一的(de)奧(ao)氏體組織,有(you)利(li)于滲(shen)氮層(ceng)深(shen)度(du)的(de)提(ti)高(gao)。
2. 消除(chu)應力退火：為(wei)了減(jian)少(shao)不銹(xiu)鋼零件滲氮后的變(bian)形(xing),在半精加工后、精加工前,加一次消除加工應力退火處理(li)。退火溫度為(wei)600-700℃,保溫時間為(wei)2-4h,可減(jian)少(shao)變(bian)形(xing)。
3. 不(bu)銹(xiu)鋼零件在(zai)滲氮前(qian)應(ying)進行脫脂除(chu)銹(xiu),清理飛邊毛刺,消除(chu)弧(hu)光(guang)放(fang)電。
4. 應(ying)進行設備極(ji)限(xian)(xian)真空度試驗(yan),爐子應(ying)在(zai)限(xian)(xian)定的(de)時間內達(da)到6.65Pa。否則,在(zai)沒有足(zu)夠的(de)極(ji)限(xian)(xian)真空度下,容易引起工件(jian)在(zai)滲氮和冷(leng)卻過(guo)程中(zhong)的(de)氧化,加大氮原子擴(kuo)散阻力(li)。
5. 真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)(chi)試驗。真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)(chi)和極限真(zhen)(zhen)空(kong)度(du)有密切關系。實踐證明,爐(lu)子的真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)(chi)(即(ji)壓升率)為爐(lu)壓每分鐘上(shang)升0.133~0.266Pa時,即(ji)能滿(man)足工藝要求。一般開5爐(lu)后即(ji)應作一次真(zhen)(zhen)空(kong)保(bao)持(chi)(chi)試驗。
三、滲(shen)氮操(cao)作(zuo)
滲氮的具體(ti)操作如下(xia):
1. 清洗(xi)：清洗(xi)待滲氮件表(biao)面和內孔(kong)的油污、銹斑以及孔(kong)內殘存的切(qie)屑。
2. 裝爐(lu)：同爐(lu)處理(li)的待(dai)滲氮件應(ying)為同種(zhong)零(ling)(ling)件或表(biao)面積和重(zhong)量之比接近(jin)的零(ling)(ling)件。零(ling)(ling)件與陰極(ji)托盤之間(jian)接觸良好,零(ling)(ling)件間(jian)距一般(ban)為40~70mm。如(ru)能保證(zheng)質量,也(ye)可以多種(zhong)零(ling)(ling)件混裝。
3. 待(dai)滲(shen)氮(dan)(dan)件(jian)需防(fang)滲(shen)部位和(he)不需滲(shen)氮(dan)(dan)的(de)小孔、窄(zhai)縫(feng)應進行覆蓋、屏蔽。待(dai)滲(shen)氮(dan)(dan)件(jian)至陽極(ji)(ji)距(ju)離(li)大致相等，在待(dai)滲(shen)氮(dan)(dan)件(jian)預測(ce)溫度(du)可能偏低的(de)部位可設置輔助陰極(ji)(ji)和(he)輔助陽極(ji)(ji)。
4. 試樣安放的位置應保(bao)證(zheng)在滲氮時(shi)與零件的溫度一致，或采用模(mo)擬試件。
5. 蓋上爐(lu)罩，起(qi)動真空(kong)泵，待(dai)爐(lu)壓至極限真空(kong)度(du)后(hou)停泵，使爐(lu)內(nei)壓升至常壓，并(bing)重復一次。這樣也能降低起(qi)輝電壓，縮短打散弧時間。
6. 氨(an)(an)干(gan)(gan)燥(zao)處理：供貨態的(de)氨(an)(an)，有一(yi)定的(de)殘存水分會隨(sui)氨(an)(an)進入爐內(nei)，容易使化合(he)物層出現ε相。干(gan)(gan)燥(zao)器(qi)最好用不(bu)銹鋼(gang)板焊(han)接，填充硅膠、木(mu)炭等干(gan)(gan)燥(zao)劑。在滲氮過程(cheng)中，若氨(an)(an)氣(qi)流量計(ji)出現小水珠(zhu)，應對干(gan)(gan)燥(zao)劑進行(xing)烘(hong)干(gan)(gan)或(huo)更換。
7. 氨熱分(fen)解(jie)：氨熱分(fen)解(jie)可通過750℃左右的(de)(de)蛇形或螺旋(xuan)形熱分(fen)解(jie)器(qi)實現。分(fen)解(jie)器(qi)的(de)(de)內徑(jing)為(wei)8～12mm，由不銹鋼管制成，展開長度為(wei)1.5～2.5m。分(fen)解(jie)器(qi)可置(zhi)于箱式(shi)電(dian)爐(lu)內，也可用(yong)6kW左右的(de)(de)專用(yong)封閉式(shi)小型電(dian)爐(lu)。
8. 正(zheng)壓(ya)狀態供(gong)氮(dan)：輸氮(dan)管路一般都比較長(chang)，接(jie)頭(tou)多，而且(qie)常存在(zai)盤折現(xian)象。氨(an)壓(ya)在(zai)管壁損失(shi)大，加之干(gan)燥器的阻(zu)力，使流量計進氣端接(jie)頭(tou)等處有(you)可能出現(xian)負壓(ya)。若這(zhe)些地(di)方(fang)不嚴(yan)密(mi)，空氣進入(ru)流量計，混入(ru)爐內(nei)，將造成零(ling)件滲氮(dan)層薄且(qie)硬度低等缺(que)陷。所(suo)以(yi)流量計一側應維持正(zheng)壓(ya)，輸氨(an)管路應盡(jin)量短，各個接(jie)頭(tou)要(yao)牢固。
9. 采(cai)用合(he)適的(de)電壓(ya)點燃輝光后，采(cai)用逐步交替升(sheng)高壓(ya)和氣壓(ya)的(de)程(cheng)序進行(xing)清理和升(sheng)溫(wen)(wen)，升(sheng)溫(wen)(wen)速度一般以250～350℃／h為宜。升(sheng)溫(wen)(wen)速度過快，會增(zeng)加零(ling)件的(de)變形量(liang)，因此易變形零(ling)件在400℃以上應緩慢加熱(re)。
10. 冷卻水(shui)要適量：保溫(wen)期(qi)間冷卻水(shui)不宜過大，爐體表面溫(wen)度維持(chi)在30℃左右即可。
11. 弱輝降(jiang)(jiang)溫：保溫階段(duan)結束(shu)后，提高爐內真空度，減小電流，以不(bu)使輝光(guang)熄(xi)滅為度（傳統上是(shi)關閉(bi)閥(fa)門(men)停止供(gong)氣和抽氣，切斷輝光(guang)電源，零(ling)件在(zai)滲氮氣氛(fen)中隨爐冷卻）。待爐溫降(jiang)(jiang)到250℃以下時滅輝，再(zai)加大(da)氨(an)量(liang)和冷卻水量(liang)，冷卻0.5h。
12. 零件溫(wen)度(du)降到(dao)200℃以(yi)下方可出爐。
13. 零件出爐后應進行外觀、硬度、滲氮深度、金相組(zu)織、變形量的(de)檢查(cha)。
部分不銹(xiu)鋼常用(yong)滲氮工藝規(gui)范見(jian)表3-21，離子滲碳時的氨氣流量可(ke)根據設備功率參照(zhao)表3-22選取。
