﹝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熱處理過程。

　　在工業生產中，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

　　﹝1﹞滲氮后的零件表面具有高的硬度、耐磨性、疲勞強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，不需要經過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.滲氮工藝的化學過程

　　滲氮和其他化學熱處理工藝一樣，也是由分解、吸收、擴散三個基本過程組成的。

　　﹝1﹞分解

　　滲氮介質﹝通常為氨氣﹞通過熱分解或其他方法，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﹞擴散

　　氮從表面高濃度的飽和層向鋼內層深處進行擴散，形成一定深度的滲氮層。

　　3.滲氮層的組織

　　根據Fe-N狀態圖，滲氮層主要由α、γ、γ，、ε四個相組成。

　　﹝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。

　　碳的存在會使氮的擴散受阻，減小滲氮層的厚度。

　　鋼中大部分合金元素都能形成氮化物，按氮化物的穩定性﹝穩定性越高，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定氮化物的合金元素。同時，V、W、Mo、Cr等合金元素還能改善鋼的組織，提高心部的強韌性。

　　合金元素也會使氮的擴散受阻，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、擴散三個基本過程組成的。但是，由于輝光放電的作用，其機理有所不同。

　　在真空爐體內，工件接陰極，爐體接陽極，在陰陽極間施加數百伏的直流電壓，產生輝光放電，使含氮的稀薄氣體﹝如氨氣﹞電離，形成等離子體。N+、H+離子在陰極位降區被加速，轟擊陰極表面，使陰極表面活化，并發生一系列反應。首先，離子轟擊動能轉化為熱能，加熱工件。其次，離子轟擊打出電子，產生二次電子發射，同時，由于陰極濺射作用，工件表面的C、O、Fe等原子被轟擊出來，Fe與陰極附近的活性N原子﹝或N離子﹞結合形成FeN沉積在陰極表面，依次分解：FeN→Fe2N→Fe3N→Fe4N，并同時產生活性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，向心部擴散形成滲氮層。