離子滲氮作為強化金屬表面的一種利用輝光放電現(xiàn)象，將含氮氣體電離后產(chǎn)生的氮離子轟擊零件表面加熱并進行氮化，獲得表面滲氮層的離子化學(xué)熱處理工藝，廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強度，抗蝕能力及抗燒傷性等

原理

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離子滲氮又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。輝光放電是當(dāng)氣體越過電暈放電區(qū)后，若減小外電路電阻，或提高全電路電壓，繼續(xù)增加放電功率，放電電流將不斷上升。同時輝光逐漸擴展到兩電極之間的整個放電空間，發(fā)光也越來越明亮。當(dāng)電子能f提高，也就是增強電場的操作參數(shù)，則能使電暈放電過渡到輝光放電。

離子滲氮向工件表面滲入的氮原子，不是像一般氣體那樣由氨氣分解而產(chǎn)生的，而是被電場加速的粒子碰撞含氮氣體分子和原子而形成的離子在工件表面吸附、富集而形成的活性很高的氮原子。

離子滲氮時，工件放在爐內(nèi)的陰極盤上，接上電源抽真空，當(dāng)爐內(nèi)壓力降到6Pa左右時，充入氨氣，使?fàn)t內(nèi)壓保持在1.3×102—1.3×103Pa范圍內(nèi)。由于爐內(nèi)壓力低，隨后又經(jīng)過加熱作用，進入爐內(nèi)的氨氣將發(fā)生分解：2NH3=N2+3H2爐內(nèi)反應(yīng)所得到的氣體的體積分?jǐn)?shù)為25%N2和75%H2的低壓環(huán)境。

離子滲氮原理圖

在以含氮氣體的低真空爐體內(nèi)的條件下，氣源通常采用純氨，也可采用分解氨。把金屬工件作為陰極爐體為陽極，在陰極(工件)與陽極(爐體)之間加上高壓(300～900V)直流電源后，稀薄氣體被電離并產(chǎn)生輝光放電，形成氮、氫陽離子，在陰陽極之間形成等離子區(qū)。在等離子區(qū)強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮埽訜峁ぜ砻嬷了铚囟?。氮、氫等正離子在電場的加速下轟擊零件表面，產(chǎn)生很大熱量以加熱零件，同時使部分鐵原子濺射出來與氮結(jié)合生成FeN由于離子的轟擊，工件表面產(chǎn)生原子濺射，因而得到凈化，同時由于吸附和擴散作用，繼而分解出活性氮原子向工件內(nèi)部擴散而形成氮化層。其在工件表面形成滲氮層，主要有能量轉(zhuǎn)換、陰極濺射、凝附等具體過程的發(fā)生。

技術(shù)先進性

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離子氮化作為七十年代興起的一種新型滲氮方法與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點是：

1）滲氮速度較快，可適當(dāng)縮短滲氮周期，離子氮化時間短，能縮短到氣體氮化時間的1/3～2/3。。

2）滲氮層脆性小，離子氮化表面形成的白層很薄，甚至沒有，另外引起的變形小，特別適宜于形狀復(fù)雜的精密零件。

3）可節(jié)約能源和氨的消耗量，電能消耗為氣體氮化的1/2～1/5，氨氣消耗為氣體氮化的1/5～1/20。

4）易于實現(xiàn)局部氮化，只要設(shè)法使不欲氮化的部分不產(chǎn)生輝光即可，非滲氮部位便于保護，采用機械屏蔽、用鐵板隔斷輝光，即可保護。

5）離子轟擊有凈化表面作用，自動去除鈍化膜，不銹鋼、耐熱鋼材料無需預(yù)先去除鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。

6）化合物層結(jié)構(gòu)、滲層厚度和組織可以控制。

7）處理溫度范圍較寬，即使在350℃以下也能獲得一定厚度的滲氮層。

8)勞動條件有所改善，無公害、離子滲氮處理在很低的壓力下進行，排出的廢氣極少。氣源為氮氣、氫氣和氨氣，基本上無有害物質(zhì)產(chǎn)生。

9）可以適用于各種材料，包括要求氮化溫度高的不銹鋼、耐熱鋼，以及氮化溫度較低的工模具(工具鋼)和精密零件，而低溫氮化對氣體氮化來說是相當(dāng)困難的。