液态氮化和离子氮化

更新时间：2024-06-07 点击次数：501次

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      液体氮化主要不同是在氮化层里有Fe₃Nε相，Fe₄Nr相存在而不含Fe₂Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化处理上是不良于韧性的氮化物。液体氮化的方法是将被处理工件先除锈，脱脂，预热后再置于氮化坩埚内，坩埚内是以TF-1为主盐剂，被加热到560～600℃处理数小时，依工件所受外力负荷大小而决定氮化层深度，在处理中，必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量的空气氮化盐剂分解为CN或CNO，渗透扩散至工作表面，使工件表面***外层化合物8～9%w_t的N及少量的C及扩散层，氮原子扩散入α_Fe中使钢件更具耐疲劳性。氮化期间由于CNO的分解消耗，所以不断要在6～8小时处理中化验盐剂成份，以便调整空气量或加入新的盐剂。

      液体氮化处理用的材料为铁金属，氮化后的表面硬度以含有 Al、Cr、Mo、Ti元素的硬度较高，其含金量越多氮化深度越浅，如炭素钢Hv350～650，不锈钢Hv1000~1200，氮化钢Hv800~1100。

      液体氮化适用于耐磨及耐疲劳等汽车零件，气缸套处理、气门阀处理、活塞筒处理及不易变形的模具。采用液体氮化的国家有西欧各国、美国、日本等。

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      此方法为将一工件放置于氮化炉内，预先将炉内抽成真空达10^-2～10^-3 Torr（mmHg）后导入N₂气体或N₂+H₂混合气体，调整炉内达1～10Torr，将炉体接上阳极，工件接上阴极，两极间通以数百伏直流电压，此时炉内的N₂则发生光辉放电成正离子，向工作表面移动，在瞬间阴极电压急剧下降，使正离子以高速冲向阴极表面，将动能转变为气能，使得工件表面温度得以上升，因氮离子的冲击后将工件表面打出Fe、C、O等元素飞溅出来，与氮离子结合成FeN。由此，氮化铁逐渐被吸附在工件上而产生氮化作用，离子氮化在基本上是采用氮气，但若添加碳化氢系气体则可作离子氮化处理。工件表面氮气浓度可改变炉内充填的混合气体（N₂+H₂）的分压比调节得到，纯离子氮化时，在工作表面得单相的r′_（Fe4N）组织，含N量在5.7~6.1%w_t，厚层在10μm以内，此化合物层强韧而非多孔质层，不易脱落，由于氮化铁不断的被工件吸附并扩散至内部，由表面至内部的组织即为FeN→Fe₂N→Fe₃N→ Fe₄N顺序变化，单相ε_（Fe3N），含N量在5.7～11.0%w_t，单相ε_（Fe2N），含N量在11.0～11.35%w_t，离子氮化首先生成r相，再添加碳化氢气系时使其变成ε相的化合物层与扩散层，由于扩散层的增加对疲劳强度的增加有很多帮助，而蚀性以ε相******。

      离子氮化处理可从350℃开始，由于考虑到材质及其相关机械性质的选用，处理时间可由数分钟至长时间的处理，本法与过去使用的热分解化学反应氮化的处理法不同，本法为利用高离子能，过去认为难处理的不锈钢、钛、钴等材料也能简单的施以******的表面硬化处理。