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(re)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)氮(dan)(dan)溫(wen)度(du)和保溫(wen)時間相同的情況下，離子滲(shen)氮(dan)(dan)所得到的滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)厚度(du)明(ming)顯大于氣體滲(shen)氮(dan)(dan)層(ceng)深(shen)度(du)，特別是(shi)淺層(ceng)滲(shen)氮(dan)(dan)時（滲(shen)層(ceng)≤0.20mm），離子滲(shen)氮(dan)(dan)的速(su)度(du)是(shi)氣體滲(shen)氮(dan)(dan)的兩倍以上。
2. 零件變形小
由于離子滲氮(dan)是通過(guo)陰極(ji)濺(jian)射進行的(de)，因此抵(di)消掉了一部分因氮(dan)的(de)滲入引起的(de)零件尺寸的(de)漲量。同時離子滲氮(dan)溫(wen)度較低，變形(xing)較小。
3. 滲氮組織易于控制
通(tong)過調節滲氮(dan)氣體的成分(fen)可以對滲層組織進行適當的控制(zhi)，并降低不(bu)銹(xiu)鋼零件的脆性。
4. 易于實現局部滲氮(dan)
用機械屏蔽法即(ji)可對非滲氮(dan)部位進行有效的保護，比氣體滲氮(dan)采用電鍍、涂料(liao)等(deng)保護法經(jing)濟、簡便。
離子(zi)滲(shen)氮(dan)是在離子(zi)滲(shen)氮(dan)爐(lu)(lu)中(zhong)(zhong)進行的，在低真空下，向(xiang)爐(lu)(lu)中(zhong)(zhong)通入(ru)氨氣或氮(dan)氫混合(he)氣體。以工(gong)件(jian)為陰極，爐(lu)(lu)壁(bi)為陽極，在直流電(dian)壓的作用(yong)下引起輝光放電(dian)，氮(dan)被(bei)離子(zi)化，并(bing)(bing)以高速向(xiang)工(gong)件(jian)表面轟擊(ji)，一方(fang)面使工(gong)件(jian)表面產生離子(zi)濺(jian)射，造成(cheng)晶格缺陷；另一方(fang)面，轟擊(ji)產生熱(re)能，加(jia)熱(re)工(gong)件(jian)表面。氮(dan)離子(zi)被(bei)工(gong)件(jian)表面擒(qin)獲、吸收，并(bing)(bing)向(xiang)工(gong)件(jian)內(nei)部擴散。
一、離(li)子滲氮的工藝參數
離子滲氮的主要工藝參數為(wei)：
1. 真(zhen)空度：一(yi)般為1.33～13.3Pa，爐子(zi)應在限定時間(jian)達(da)到6.65Pa。
2. 氣壓：氣體常用壓力為266~793Pa。
3. 電流(liu)密度:0.5~5mA/cm.
4. 輝光電(dian)(dian)壓：加熱電(dian)(dian)壓為(wei)550~750V;在保溫階(jie)段,電(dian)(dian)壓應適當比加熱階(jie)段電(dian)(dian)壓略低,通常為(wei)550~650V。形(xing)狀簡單(dan)取(qu)650V,形(xing)狀復雜(za)取(qu)550V。
5. 滲(shen)(shen)氮溫度(du)：一般取450~600℃,即使在400℃以(yi)下也能(neng)(neng)滲(shen)(shen)氮處理。滲(shen)(shen)氮溫度(du)低時(shi)滲(shen)(shen)層薄,但溫度(du)過高則氮化物(wu)粗(cu)化、硬度(du)下降(jiang)并(bing)降(jiang)低抗粘模能(neng)(neng)力。工(gong)廠里(li)多采用510-550℃,效果較佳。
6. 滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)時間：離子滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)時間的選擇主要(yao)(yao)取決于(yu)零件所選用的材料(liao)、要(yao)(yao)求(qiu)的滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)層深(shen)度(du)以及滲(shen)氮(dan)(dan)(dan)的溫(wen)度(du)。不銹鋼(gang)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
為了控(kong)制滲氮質量,必(bi)須對零(ling)件的預處理、設備真(zhen)空(kong)性能、滲氮操作進(jin)行嚴格控(kong)制。
1. 零件(jian)的調(diao)質處(chu)理或固溶處(chu)理：馬(ma)氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)調(diao)質(zhi)后(hou),其基體(ti)(ti)(ti)為回火索氏體(ti)(ti)(ti)組織,提(ti)(ti)高了(le)基體(ti)(ti)(ti)強度(du)(du)和韌性(xing)及疲勞性(xing)能。同樣條件下(xia),調(diao)質(zhi)后(hou)滲氮層深度(du)(du)可(ke)提(ti)(ti)高20%以上,硬度(du)(du)也有(you)所提(ti)(ti)高。奧氏體(ti)(ti)(ti)不(bu)銹鋼(gang)固(gu)溶(rong)后(hou)可(ke)獲得單一的奧氏體(ti)(ti)(ti)組織,有(you)利于滲氮層深度(du)(du)的提(ti)(ti)高。
2. 消除應力退火：為了(le)減少不銹鋼零件(jian)滲氮后(hou)的(de)變形,在(zai)半精加(jia)工后(hou)、精加(jia)工前(qian),加(jia)一次消(xiao)除加(jia)工應力退火處理。退火溫(wen)度為600-700℃,保溫(wen)時(shi)間為2-4h,可減少變形。
3. 不銹(xiu)鋼零件(jian)在滲氮前(qian)應進行脫脂除(chu)銹(xiu),清理飛邊毛刺,消除(chu)弧光放(fang)電。
4. 應進行設備極限(xian)真空(kong)度試(shi)驗,爐子(zi)應在限(xian)定的(de)時(shi)間內達到6.65Pa。否則,在沒有足夠的(de)極限(xian)真空(kong)度下(xia),容(rong)易引起工件(jian)在滲(shen)氮和冷(leng)卻(que)過(guo)程中(zhong)的(de)氧化(hua),加大(da)氮原子(zi)擴散阻力。
5. 真(zhen)空(kong)(kong)保持試驗。真(zhen)空(kong)(kong)保持和(he)極限真(zhen)空(kong)(kong)度有密切關系(xi)。實踐證(zheng)明,爐子的真(zhen)空(kong)(kong)保持(即壓(ya)升(sheng)率(lv))為爐壓(ya)每(mei)分鐘上(shang)升(sheng)0.133~0.266Pa時,即能(neng)滿足工藝要求(qiu)。一般開5爐后(hou)即應作一次真(zhen)空(kong)(kong)保持試驗。
三、滲氮(dan)操作
滲氮(dan)的具體操(cao)作如(ru)下:
1. 清(qing)洗：清(qing)洗待滲氮件表面和內孔(kong)(kong)的油污、銹斑(ban)以及孔(kong)(kong)內殘存的切屑。
2. 裝爐(lu)：同(tong)爐(lu)處理(li)的(de)待滲(shen)氮件(jian)應為同(tong)種(zhong)零件(jian)或表面積和重量之比(bi)接近的(de)零件(jian)。零件(jian)與陰(yin)極(ji)托盤之間(jian)接觸(chu)良(liang)好,零件(jian)間(jian)距一般為40~70mm。如(ru)能保(bao)證質(zhi)量,也(ye)可以多種(zhong)零件(jian)混裝。
3. 待(dai)(dai)滲氮(dan)(dan)件(jian)(jian)需防(fang)滲部位和不需滲氮(dan)(dan)的小孔、窄縫應進行(xing)覆(fu)蓋(gai)、屏蔽。待(dai)(dai)滲氮(dan)(dan)件(jian)(jian)至陽(yang)極距(ju)離大致相等，在待(dai)(dai)滲氮(dan)(dan)件(jian)(jian)預測(ce)溫(wen)度(du)可(ke)能偏低的部位可(ke)設置輔助陰(yin)極和輔助陽(yang)極。
4. 試樣安放(fang)的位置應保證(zheng)在滲氮時與(yu)零件(jian)的溫度(du)一致，或(huo)采用模擬試件(jian)。
5. 蓋上爐罩，起動真(zhen)空(kong)泵，待爐壓(ya)至(zhi)極(ji)限(xian)真(zhen)空(kong)度(du)后停泵，使爐內壓(ya)升至(zhi)常壓(ya)，并重復一(yi)次。這樣也能降低起輝電壓(ya)，縮短打散弧(hu)時間(jian)。
6. 氨(an)干燥(zao)處理：供貨(huo)態的氨(an)，有一定的殘存(cun)水分會隨氨(an)進(jin)(jin)入爐內，容易使化合物層出現ε相(xiang)。干燥(zao)器(qi)最好用不銹鋼板焊(han)接，填充硅膠、木炭等干燥(zao)劑。在滲氮過(guo)程中，若(ruo)氨(an)氣流量(liang)計(ji)出現小水珠，應對干燥(zao)劑進(jin)(jin)行烘干或更換。
7. 氨(an)(an)熱分解(jie)(jie)：氨(an)(an)熱分解(jie)(jie)可通過750℃左右的(de)蛇形或(huo)螺旋形熱分解(jie)(jie)器實現。分解(jie)(jie)器的(de)內(nei)徑為8～12mm，由不銹鋼管(guan)制成(cheng)，展開長度(du)為1.5～2.5m。分解(jie)(jie)器可置于箱式電(dian)爐(lu)內(nei)，也(ye)可用6kW左右的(de)專用封閉(bi)式小型電(dian)爐(lu)。
8. 正(zheng)壓(ya)狀態供氮：輸氮管路一(yi)般都比較長(chang)，接(jie)頭多，而且常存在盤折(zhe)現(xian)象。氨壓(ya)在管壁損失(shi)大，加之干燥器的(de)阻力，使(shi)流(liu)量(liang)計進(jin)氣端(duan)接(jie)頭等處(chu)有可(ke)能出(chu)現(xian)負壓(ya)。若(ruo)這(zhe)些地方(fang)不嚴密，空氣進(jin)入(ru)流(liu)量(liang)計，混入(ru)爐內，將造成零件滲氮層薄且硬度低等缺陷(xian)。所以流(liu)量(liang)計一(yi)側應維持(chi)正(zheng)壓(ya)，輸氨管路應盡量(liang)短，各個接(jie)頭要牢固。
9. 采用(yong)合(he)適的(de)(de)電壓點燃輝光后(hou)，采用(yong)逐步交替升高(gao)壓和(he)氣(qi)壓的(de)(de)程序進行(xing)清(qing)理和(he)升溫(wen)(wen)，升溫(wen)(wen)速度一(yi)般以(yi)250～350℃／h為宜。升溫(wen)(wen)速度過快，會增加(jia)零件的(de)(de)變(bian)形(xing)量，因此易(yi)變(bian)形(xing)零件在400℃以(yi)上應緩慢(man)加(jia)熱。
10. 冷卻水(shui)要適量：保溫期間(jian)冷卻水(shui)不宜(yi)過大(da)，爐體(ti)表面(mian)溫度維持(chi)在(zai)30℃左右即可(ke)。
11. 弱輝(hui)降(jiang)溫(wen)(wen)：保(bao)溫(wen)(wen)階段結束后，提高爐內真空度，減(jian)小(xiao)電(dian)流(liu)，以不使輝(hui)光熄滅(mie)為度（傳統上是關閉閥門(men)停止供氣和(he)抽氣，切斷輝(hui)光電(dian)源(yuan)，零件在滲(shen)氮氣氛中隨爐冷(leng)卻）。待爐溫(wen)(wen)降(jiang)到(dao)250℃以下時(shi)滅(mie)輝(hui)，再加(jia)大氨量(liang)和(he)冷(leng)卻水量(liang)，冷(leng)卻0.5h。
12. 零件溫度降到200℃以下方(fang)可出爐。
13. 零件出爐后應(ying)進行(xing)外觀、硬度、滲氮深(shen)度、金(jin)相(xiang)組織、變形量的檢查。
部分不銹鋼常用滲(shen)氮工藝規(gui)范見表3-21，離子滲(shen)碳時的氨氣流量可(ke)根據設(she)備(bei)功率參照表3-22選取(qu)。
