﹝一﹞ 鋼的滲氮

　　滲氮是把氮滲入鋼件的表面，形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理過(guò)程。

　　在工業(yè)生產(chǎn)中，常用的工藝方法有：氣體滲氮、鹽浴滲氮和離子滲氮。

　　1.滲氮工藝的特點(diǎn)

　　﹝1﹞滲氮后的零件表面具有高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和低的缺口敏感性。

　　﹝2﹞滲氮溫度較低，一般在500-600℃，而且，滲氮層的高硬度可以由滲氮直接得到，不需要經(jīng)過(guò)較高溫度的加熱和淬火。所以，滲氮工藝的變形是小的，常常作為零件的最后一道工序。

　　﹝3﹞滲氮層有較高的抗腐蝕性能。

　　2.滲氮工藝的化學(xué)過(guò)程

　　滲氮和其他化學(xué)熱處理工藝一樣，也是由分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程組成的。

　　﹝1﹞分解

　　滲氮介質(zhì)﹝通常為氨氣﹞通過(guò)熱分解或其他方法，生成活性氮原子。

　　﹝2﹞吸收

　　鋼表面吸收氮原子，形成氮在鐵中的固溶體和氮化物。

　　﹝3﹞擴(kuò)散

　　氮從表面高濃度的飽和層向鋼內(nèi)層深處進(jìn)行擴(kuò)散，形成一定深度的滲氮層。

　　3.滲氮層的組織

　　根據(jù)Fe-N狀態(tài)圖，滲氮層主要由α、γ、γ，、ε四個(gè)相組成。

　　﹝1﹞α相

　　氮在α-Fe中的間隙固溶體。大溶解度為0.1%。

　　﹝2﹞γ相

　　氮在γ-Fe中的間隙固溶體。

　　﹝3﹞γ，相

　　為一可變成分的間隙相化合物，含氮量在5.7-6.1%之間，成分符合Fe4-N。

　　﹝4﹞ε相

　　是含氮量變化范圍相當(dāng)寬的化合物，成分在8.25-11.0%之間變化。ε相硬度高，脆性大。

　　4.合金元素的作用

　　碳鋼和合金鋼中由于碳和合金元素的作用，也影響滲氮層的形成。

　　碳的存在會(huì)使氮的擴(kuò)散受阻，減小滲氮層的厚度。

　　鋼中大部分合金元素都能形成氮化物，按氮化物的穩(wěn)定性﹝穩(wěn)定性越高，硬度也越高﹞次序排列依次為：Ti、Al、V、W、Mo、Cr、Mn、Fe。所以，為了在表面得到高的硬度和耐磨性，向鋼中加入能與氮形成穩(wěn)定氮化物的合金元素。同時(shí)，V、W、Mo、Cr等合金元素還能改善鋼的組織，提高心部的強(qiáng)韌性。

　　合金元素也會(huì)使氮的擴(kuò)散受阻，減小滲氮層的厚度。

　　﹝二﹞ 離子滲氮工藝原理

　　離子滲氮滲氮層的形成也是由分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)基本過(guò)程組成的。但是，由于輝光放電的作用，其機(jī)理有所不同。

　　在真空爐體內(nèi)，工件接陰極，爐體接陽(yáng)極，在陰陽(yáng)極間施加數(shù)百伏的直流電壓，產(chǎn)生輝光放電，使含氮的稀薄氣體﹝如氨氣﹞電離，形成等離子體。N+、H+離子在陰極位降區(qū)被加速，轟擊陰極表面，使陰極表面活化，并發(fā)生一系列反應(yīng)。首先，離子轟擊動(dòng)能轉(zhuǎn)化為熱能，加熱工件。其次，離子轟擊打出電子，產(chǎn)生二次電子發(fā)射，同時(shí)，由于陰極濺射作用，工件表面的C、O、Fe等原子被轟擊出來(lái)，F(xiàn)e與陰極附近的活性N原子﹝或N離子﹞結(jié)合形成FeN沉積在陰極表面，依次分解：FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N，并同時(shí)產(chǎn)生活性N原子，由于陰極由表及里的高N濃度差，活性N原子在一定溫度下，向心部擴(kuò)散形成滲氮層。