武漢離子滲氮爐是在離子的轟擊下進行的。處于陰極位降區的離子的平均能量約為幾十電子伏特。當電壓力為800伏時，氮離子所具有的能量比氣體滲氮氨分解時所得氮原子的能量高3000倍。高能粒子轟擊產生陰極濺射，與鐵原子從陰極表面分離飛濺的同時，碳、氧和合金元素也被轟擊出來，使零件表面的氧化物和碳化物還原。如果有氫氣存在，則既可防止氣氛中殘留氧的氧化作用，又可還原零件表面的氧化物，從而得到一個活性的潔凈表面，使滲氮反應相當活躍。

　　離子滲氮時氮的遷移主要是通過鐵原子的濺射和氮化鐵沉積過程來實現的。因此滲氮一開始就形成富氮相與零件表面的α-Fe直接接觸。這樣高速度地供氮，促使α-Fe很快就被氮飽和。幾分鐘后，相應的化合物層就與被氮飽和的α-Fe建立了平衡，而氣體滲氮零件表面出現氮化物層一般需要1~2小時。

　　離子滲氮時高能粒子和金屬表層晶格中的原子彈性碰撞，產生了高密度位錯。對離子轟擊過得純鐵箔的電子顯微鏡觀察研究表明，位錯密度提高將增加材料的滲透能力，從而加速了氮的擴散。

　　在氣體滲氮初期氮的擴散主要是沿著晶界進行的。氮與晶界上的碳化物相接觸形成了碳氮化合物。這樣，相當一部分氮無益地消耗了，而且所形成的碳氮化合物還強烈地阻礙晶界擴散，使滲氮層向內推進速度減速，而且主要是沿著位錯狗擴散。此外，碳從表面被濺射出來，使晶界處于脫碳狀態，明顯阻礙了在奧氏晶體界上形成碳氮化合物。這樣氮原子也可以順利地沿著無碳氮化合物的晶界擴散，因此擴散速度顯著加快。

　　滲氮溫度和保溫時間相同時，的滲層比氣體滲氮的深特別當滲層在0.2mm以下時，離子滲氮能更有效地縮短滲氮時間，以38CrMoAlA鋼為例，如果要求滲層深度為0.5mm，離子滲氮需要20~30小時，氣體滲氮則需要40~50小時，在滲氮層較淺的情況下，離子滲氮得到0.2mm滲氮層只要2~4小時，而氣體滲氮則需要10小時。