金属表面渗氮技术及其工业上的应用
金属表面渗氮技术及其工业上的应用课程：腐蚀与材料保护主讲老师: 陈存华院系：化学学院专业：应用化学学号： 2010214131姓名：张伟华中师范大学化学学院2012年12月金属表面渗氮技术及其工业上的应用前言：金属表面的渗氮技术是为了改善材料表层硬度和耐磨性的表面改性技术，经过古代到现代多年的发展，传统的渗氮技术逐渐被现代渗氮技术所取代。
本文对多种渗氮技术做了相关的介绍，并就一些基本知识做一个相关概述。
重点介绍了离子渗氮技术的应用，其中活性屏离子渗氮技术有着明显的设备和工艺优势, 可能成为离子渗氮技术的发展方向。
关键词：渗氮技术工业应用离子渗氮一、渗氮基本原理渗氮是一个热化学扩散过程；是根据NH3和材料表面的反应过程来进行的, 关于反应的实际过程和由此产生的物质传输可通过动力学来说明。
NH3通入炉内加热后得到NH3、N2+ H2、NH,其中未裂解的NH3和裂解的产物N2+H2与铁不发生氮化反应,一部份NH3所形成的氨根NH与铁反应被吸收在铁表面形成ɑ-Fe层,随着形成浓度梯度,氮向内部扩散, 当超过ɑ-Fe的溶解度后, 氮继续聚集在材料表面,由生成的两相形成氮化合物层(俗称白层)继续增厚,氮进一步向内部扩散形成扩散层。
二、中国古代的钢铁渗氮技术早在干将制剑时，古代工匠就采用了添加毛发和指甲的渗碳技术，毛发和指甲含有一定量的氮，工件经此工艺处理后，会有一定的渗碳增氮效果,这可能是无意识的碳氮共渗的开始。
在古代文献的分析中，我们还注意到古人有仅采用含氮物质的处理方法。
《武备志》中有:“刀方: 羊角、铁石砂。
其中羊角、铁石主要含碳，砂的主要成分是氯化胺，氯化胺加热是否会分解出活性氮。
另外，古文献中还有以硝为主要渗剂的处理方法。
《篆刻度》对此有详细记述:“尝见炼新刀者，用猪牙、头发及硝，各烧灰等分，酽醋调画刀口，如锯齿状，号为马牙钢。
”其中硝是硝酸钾，属供氮原料。
《物理小识》“器用类·淬刀法”中还提及“以酱同硝涂錾口，煅赤淬火”其中酱可能是主要用作为黏结剂使用的，而硝酸钾为主要渗剂。
硝酸钾可加热分解为亚硝酸钾，而亚硝酸钾会进一步在加热的过程中析出氮原子，因此硝酸钾可作为渗氮剂。
以硝酸钾为渗氮剂的渗氮方法现在仍被有时应用来代替氰化盐进行液体渗氮。
由于氯化胺和硝酸钾的有效作用温度均小于700℃。
若采用砂和硝作为渗入剂，古人一般不会用高于700℃的处理方法，因此，可以认为上述处理的主要效果是渗氮。
三、常见的渗氮技术简介1.盐浴渗氮技术盐浴渗氮工艺作为一种旨在改善材料表层硬度和耐磨性的表面改性技术，其发展经历了约一个世纪，从最初以剧毒氰化物为主元的盐浴成分逐步发展为现在在汽车零部件和模具行业大量使用的以氰酸盐（MeCNO）为主元的无污染低温盐浴渗氮处理系列技术。
现在国内外广泛应用的工艺主要有：德国Degussa公司于20世纪70年代初开发的Tenifer-TF-1（渗氮），法国HEF 研究所20世纪70年代中期开发的Sursulf工艺（硫氮碳共渗），我国武汉材料保护研究所80年代中期开发的LT 系列工艺（硫氮碳共渗）。
这些技术的处理温度均在520℃～590℃之间，广泛用于各种钢铁零部件对耐磨、减摩、抗疲劳性能的要求，也具有一定的耐蚀性能。
在上述工艺的基础上，为了满足被处理件对高耐蚀性的要求，出现QPQ技术，即在渗氮的基础上于300℃～400℃在以亚硝酸盐为基的氧化盐浴中进行淬火－抛光－淬火处理，使材料表面获得高致密度的氧化层，在保证渗氮层耐磨性的前提下赋予其优良的耐蚀性，在燃油气氛环境工作的工件上得到大量应用。
尽管当今大量采用的渗氮盐浴取消了剧毒氰化物并称之为无污染渗氮技术，但熔盐使用过程中仍会产生少量氰化物（一般不高于0.8％）并被工件带出，对环境造成一定的污染，因此必须对废水和固体废渣进行处理。
2.快速气体渗氮气体渗氮以提高技术的耐磨为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。
渗氮后工件表面硬度可达HV850-1200。
渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高，又有耐磨要求的零件。
但由于渗氮层较薄，不适合承受重载的耐磨零件。
通常用氮化炉氮化，氮化炉氮化就是往不锈钢真空密封罐中通入氨气，加热到520℃,保持适当的时间，使渗氮工件表面获得含氮强化层，得到高硬度，高耐磨性，高疲劳极限和良好的耐磨性。
气体渗氮工艺以其生产工艺简单、容易操作、成本低、对工件的适应性强等独到优点, 使这一传统的化学热处理工艺不断焕发新的生机。
但气体渗氮对长达几十小时，以及渗层脆性较大这两点不足,引起了热处理工作者广泛关注并进行了大量的实验研究。
从提高气体渗氮的温度、加入稀土元素的渗氮、采用含稀土钢、预氧化处理及控制氮势等多种途径进行了研究。
现在最新采用的采用复合的气体渗氮工艺得到广泛的研究,包括预氧化处理、适当提高气体渗氮的温度、扩散期通入高纯氮气、退氮处理并考虑到气体渗氮的动力学及控制氮势等多种措施, 在减小渗层脆性,保证渗层质量的同时来缩短气体渗氮工艺的周期。
3.离子渗氮技术离子渗氮属于等离子热处理的范畴，也是渗氮化学热处理中的一种。
它是利用稀薄气体辉光放电形成活性氮离子，在直流电场中对工件进行热处理的一种表面改性技术。
离子渗氮时, 工件置于阴极盘上, 炉壁为阳极, 在阴阳极之间加以数百伏直流/脉冲偏压,炉内低压氮氢气体被电离,在电场的作用下以较大的能量轰击工件表面,产生大量的热量把工件加热到一定的温度,同时放电产生的活性氮在工件表面发生吸附、化合、扩散的物理化学反应, 获得一定深度的改性层。
相比于气体渗氮，离子渗氮具有清洁无公害、渗速快、节能省气、畸变小、渗层组成可调、处理温度范围广(从380～850℃)等优点，已被广泛用于碳素结构钢、合金结构钢、工模具钢、不锈钢、球墨铸铁、灰口铸铁、钛合金、粉末冶金等材料的表面强化。
四、多种离子氮化技术介绍1.多元共渗技术为了提高碳钢和铸铁的硬度和耐磨性，降低脆性和减小变形，发展了以离子渗氮为主的多元共渗技术，如S-N-C 共渗层可以明显改善耐磨性和抗胶合能力；O-N-C 共渗层可提高耐蚀性和摩擦磨损时的承载能力。
2.离子渗氮辅助复合处理经过等离子渗氮后镀类金刚石涂层复合处理的H13 钢表面硬度、膜/基结合强度、耐磨性能等均优于未渗氮，镀类金刚石涂层的样品；离子渗氮后渗铬的复合渗铬工艺能在低温短时间内能获得较为致密的纳米结构渗铬层，可以减小工件变形。
其他复合处理有离子渗氮-PCVD、离子渗氮-氧化复合处理、离子渗氮-激光复合处理，离子渗氮-淬火等。
3.ASPN 技术活性屏离子渗氮(ASPN)是在真空室内安装一个与阴极高压相接的金属网状圆筒作为活性屏，工件置于活性屏内。
通过气体离子轰击活性屏，并使其加热活，再通过活性屏的热辐射将工件加热到渗氮温度。
在渗氮过程中，工件被活性屏包围着处于电悬浮状态，离子轰击活性屏而不轰击工件表面，从而解决了直流离子渗氮技术存在的边缘效应、空心阴极效应、打弧等问题。
利用活性屏离子渗氮技术可以处理不同形状的工件，能方便地测量工件的温度，能处理奥氏体不锈钢等较难渗氮的材料。
4.空心阴极辅助离子渗氮技术研究空心阴极辅助离子渗氮技术可有效地对样品进行渗氮，避免弧光的产生而破坏表面光洁度，渗氮可以在压力很小的情况下进行，减小了氨气的使用量与尾气排放量，节省能源，减小污染。
5.快速离子渗氮技术常规离子渗氮DN≤0.6 mm，而0.8～1.2 mm的深层离子渗氮，需要发展快速离子渗氮技术。
真空高压渗氮可以实现38CrMoAl 保温时期的渗速达到0.03～0.04 mm/h，40Cr保温时期的渗速可提高至0.06～0.08 mm/h。
稀土催渗循环离子渗氮(约15 h) 和常规离子渗氮( 约25 h) 比较，渗层白亮层较薄，总渗层更深。
冷塑性变形加上稳定化回火处理后渗氮速度提高1倍，耐磨性、疲劳强度及接触疲劳寿命均有提高。
五、渗氮技术在工业上的应用渗氮技术已广泛应用于工具、模具、汽车和机床零件, 所处理材料已扩展到普通碳素钢、合金结构钢、工具钢、不锈钢、铸铁以及钛合金、粉末冶金材料等。
但是,铸铁件的离子渗氮尚存在很大难度, 故尚未获得广泛应用。
近年来由于铸铁新品种和新铸造方法的大量应用, 对铸铁离子渗氮技术的需求更加迫切。
以汽车工业为例,轿车大型覆盖件拉延成型模具常用灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁或铸钢制造, 模具外形尺寸达5～6m, 模具单件质量达20～30t。
并且由于现代轿车覆盖件模具正向高效长寿命和大型高精度方向发展, 模具形状愈来愈复杂,对模具要求也越来越高。
德国已成功采用了离子渗氮技术处理汽车覆盖件模具。
我公司与一汽大众汽车公司合作开发了轿车大型覆盖件模具的离子渗氮技术。
这类模具离子渗氮的成功应用,开辟了大型模具提高质量和延长使用寿命的新途径。
六、渗氮技术的未来展望真空离子渗氮工艺不仅具有更高的硬度、耐磨性和高的疲劳强度等优点, 而且更有利于环保。
同时渗氮新技术的不断发展和完善一定会为绿色热处理作出了贡献。
在21 世纪里,随着渗氮工艺的不断完善,低成本、高精度、高质量、且有利于环保的渗氮新技术将是渗氮技术发展的重要方向。
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渗氮的外观标准
渗氮的外观标准
渗氮是一种表面处理技术，通过将氮气渗透到金属表面来改善金属的
硬度、耐磨性和腐蚀性能。
渗氮处理后的金属表面具有黑色或深灰色
的颜色，但这并不是一个标准的外观要求。
实际上，渗氮处理后金属表面的外观会受到多种因素的影响，如温度、工艺参数、金属种类等。
因此，针对不同的应用需求，可能会有不同
的外观要求。
一般来说，渗氮处理后的金属表面应该是均匀、光滑、无气孔、无裂纹、无疤痕，并且不应有过多的金属颗粒粘附在表面。
此外，渗氮处
理后的金属表面应该具有一定的抗腐蚀性能，并且不应有明显的色差
或斑点。
在具体的应用中，不同的行业可能会有不同的标准和要求。
例如，航
空航天和汽车工业对金属表面的质量要求相对较高，要求表面要均匀、无毛刺、无裂纹、无气孔、无脱落等。
因此，对于渗氮处理后的金属表面外观标准，应根据具体的应用需求
和行业标准来确定。
同时，在渗氮处理之前，应该把基材的外观质量
经过充分的检查和清洁处理，确保渗氮处理后的表面质量符合要求。
钢渗氮技术及检验
在氮化处理前零件经受调质处理，零件硬度为HV200～ 300，为回火索氏体组织，经氮化处理后，心部还具有良 好的综合机械性能。
钢渗氮技术及检验
渗氮钢及预先热处理
氮化钢的合金化
➢合金元素与钢的氮化工艺
氮化工艺的要求：
• 氮化表面的高硬度； • 氮化表面的脆性满足要求； • 获得足够深的氮化层深度； • 尽可能缩短氮化时间。
➢ 当氮达到α-Fe的饱和浓度后，便与氮化物形成元素发 生作用，按照氮与合金元素亲和力的强弱，依次形成 氮化物。例如38CrMoAlA，先形成极为弥散的氮化铝， 然后形成氮化钼，最后形成氮化铬。
➢ 合金元素与氮的亲和力越大，所形成的氮化物越稳定， 熔点、硬度也越高。
➢ 氮化物的稳定性按下列次序降低，即Ti、Al、V、Nb、 W、Mo、Cr、Mn、Fe的氮化物。
• 软氮化方法分为气钢体渗氮软技术氮及化检验和液体软氮化两大类。
氮化工艺方法
• 软氮化
– 常用的共渗介质有尿素、甲酰胺和三乙醇胺，它们在软氮化温度 下发生热分解反应，产生活性碳、氮原子。活性碳、氮原子被工 件表面吸收，通过扩散渗入工件表层，从而获得以氮为主的碳氮 共渗层。气体软氮化温度常用560-570℃，因该温度下氮化层硬 度值最高。氮化时间常为2-3小时，因为超过2.5小时，随时间延 长，氮化层深度增加很慢。
0率.0视2～流0量.2的m大/m小，与其温性度质的极高硬低H而v 1有00所0改～变12，00流，量又愈极大脆则，分NH解3度之愈分低解，
流量愈小则分解率愈高，温度愈高分解率愈高，温度愈低分解率亦
愈低，NH3气在570℃时经热分解如下：
•
NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2
• 经 渗分氮解，出一来般的缺N点，为随硬而化扩层散薄进而入氮钢化的处表理面时形间成长。。相的Fe2 - 3N气体
可控精密渗氮技术及应用
氮势 Ｎ ｐ Ｈ （Ｈ） ＝ Ｎ Ｊｐ ２
氧势 Ｋ ＝ Ｈ Ｏ ｐ Ｏ ｐ ２ ／Ｈ２ 碳势 Ｋ ２ｐ Ｏ ｐ ｚ Ｃ ２ Ｃ＝ Ｃ ＊ Ｈ ／ Ｏ ｐ
碳势 Ｋ Ｉ （Ｃ ）ｐ Ｏ Ｃ ＝ｐ Ｏ ２ Ｃ ２ ／
碳 活性 ａ＝ Ｃ ＊ Ｈ ／Ｃ ２ ｃ Ｋ ｐ Ｏ ｐ ｚ Ｏ ｐ ３４ 渗 氮气 氛的 测量 ．
工 件 表 面 粗糙 度 以 Ｒ １ － ．１ ａ ． ０８ ｍ为 宜 ， 糙 度 ６ ｘ 粗 低 将 引起渗 氮层 的不 均匀 和脆 性倾 向增 大 。 工 件表 面洁 净状 态 ， 水 、 油 、 污 物等 。 无 无 无
３ 渗 氮 气 氛 测 量 及 计 算
３１ 最 重 要 的渗 氮 工 艺参 数 计 算 一 般是 按 照 已知 ．
算。
４ 精 密 渗 氮 设 备
４１ 设 备 种 类 ．
渗 氮 硬 度深 度 模 块 Ｎ Ｔ用 以计 算渗 氮工 艺 时 Ｈ
间 （ 图 ５。 见 ）
～
可 控气 氛 渗 氮设 备 的炉 型 有 井式 、 式 、 式 ； 箱 罩 井 式 炉 适 用 于大 型 工件 的渗氮 ， 箱式 炉 适 用 于 中小 件 的渗 氮并 可 形 成 自动 化 生产 线 ， 式 炉 适 用 于 大 罩 批 量工 件 的高 效 、 低耗 渗氮 。
４５ 辅助设 施 ． 采 用 超 声 波 真 空 清 洗 机 对 处 理 工 件 表 面 进 行
● 嚣
。
粤 椎 晦
赫 栅＿
蠹 三 蠹 一 “ 蛹娥
０ 淼 —麟
强 化 清洗 ． 对氨 气 待进行 干 燥净 化处 理
５ 精 密渗 氦 控 制
５ １ 温 度 控 制 ．
金属热处理中渗氮工艺常识
金属热处理中渗氮工艺常识金属热处理中的各种渗氮工艺使氮原子渗入钢铁工件表层内的化学热处理工艺；传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中﹐通以流动的氨气并加热﹐保温较长时间后﹐氨气热分解產生活性氮原子﹐不断吸附到工件表面﹐并扩散渗入工件表层内﹐从而改变表层的化学成分和组织﹐获得优良的表面性能。
如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散﹐则称为氮碳共渗。
钢铁渗氮的研究始於20世纪初﹐20年代以后获得工业应用。
最初的气体渗氮﹐仅限於含铬﹑铝的钢﹐后来才扩大到其他钢种。
从70年{BANNED}始﹐渗氮从理论到工艺都得到迅速发展并日趋完善﹐适用的材料和工件也日益扩大﹐成为重要的化学热处理工艺之一。
渗入钢中的氮一方面由表及裡与铁形成不同含氮量的氮化铁﹐一方面与钢中的合金元素结合形成各种合金氮化物﹐特别是氮化铝﹑氮化铬。
这些氮化物具有很高的硬度﹑热稳定性和很高的弥散度﹐因而可使渗氮后的钢件得到高的表面硬度﹑耐磨性﹑疲劳强度﹑抗咬合性﹑抗大气和过热蒸汽腐蚀能力﹑抗回火软化能力﹐并降低缺口敏感性。
与渗碳工艺相比﹐渗氮温度比较低﹐因而畸变小﹐但由於心部硬度较低﹐渗层也较浅﹐一般只能满足承受轻﹑中等载荷的耐磨﹑耐疲劳要求﹐或有一定耐热﹑耐腐蚀要求的机器零件﹐以及各种切削刀具﹑冷作和热作模具等。
渗氮有多种方法﹐常用的是气体渗氮和离子渗氮。
气体渗氮：一般以提高金属的耐磨性为主要目的﹐因此需要获得高的表面硬度。
它适用於38CrMnAc等渗氮钢。
渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。
渗氮温度低﹐工件畸变小﹐可用於精度要求高﹑又有耐磨要求的零件﹐如鏜床鏜杆和主轴﹑磨床主轴﹑气缸套筒等。
但由於渗氮层较薄﹐不适於承受重载的耐磨零件。
气体参氮可採用一般渗氮法(即等温渗氮)或多段(二段﹑三段)渗氮法。
前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。
温度一般在480～520℃之间﹐氨气分解率为15～30％﹐保温时间近80小时。
这种工艺适用於渗层浅﹑畸变要求严﹑硬度要求高的零件﹐但处理时间过长。
渗氮
渗氮求助编辑渗氮，是在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。
常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。
传统的气体渗氮是把工件放入密封容器中，通以流动的氨气并加热，保温较长时间后，氨气热分解产生活性氮原子，不断吸附到工件表面，并扩散渗入工件表层内，从而改变表层的化学成分和组织，获得优良的表面性能。
如果在渗氮过程中同时渗入碳以促进氮的扩散，则称为氮碳共渗。
常用的是气体渗氮和离子渗氮。
目录编辑本段一般以提高金属的耐磨性为主要目的，因此需要获得高的表面硬度。
它适用于38CrMoAl等渗氮钢。
渗氮后工件表面硬度可达HV850～1200。
渗氮温度低，工件畸变小，可用于精度要求高、又有耐磨要求的零件，如镗床镗杆和主轴、磨床主轴、气缸套筒等。
但由于渗氮层较薄，不适于承受重载的耐磨零件。
气体参氮可采用一般渗氮法（即等温渗氮）或多段（二段、三段）渗氮法。
前者是在整个渗氮过程中渗氮温度和氨气分解率保持不变。
温度一般在480～520℃之间,氨气分解率为15～30%,保温时间近80小时。
这种工艺适用于渗层浅、畸变要求严、硬度要求高的零件，但处理时间过长。
多段渗氮是在整个渗氮过程中按不同阶段分别采用不同温度、不同氨分解率、不同时间进行渗氮和扩散。
整个渗氮时间可以缩短到近50小时，能获得较深的渗层，但这样渗氮温度较高，畸变较大。
还有以抗蚀为目的的气体渗氮，渗氮温度在 550～700℃之间,保温0.5～3小时，氨分解率为35～70%，工件表层可获得化学稳定性高的化合物层，防止工件受湿空气、过热蒸汽、气体燃烧产物等的腐蚀。
正常的气体渗氮工件，表面呈银灰色。
有时，由于氧化也可能呈蓝色或黄色，但一般不影响使用。
编辑本段离子渗氮又称辉光渗氮，是利用辉光放电原理进行的。
把金属工件作为阴极放入通有含氮介质的负压容器中，通电后介质中的氮氢原子被电离，在阴阳极之间形成等离子区。
在等离子区强电场作用下，氮和氢的正离子以高速向工件表面轰击。
渗碳和渗氮的新概念及其实际运用
渗碳和渗氮的新概念及其实际运用
渗碳和渗氮是一种表面处理技术，通过在金属表面浸渍碳或氮元素，改变其表面的化学组成和结构，从而提高金属材料的硬度、耐磨性、耐蚀性和耐热性等性能。
渗碳和渗氮的新概念主要包括以下几个方面：
1. 纳米渗碳和纳米渗氮：传统的渗碳和渗氮主要是通过高温热处理和化学反应实现的，而纳米渗碳和纳米渗氮则利用纳米颗粒的超高表面活性，使碳或氮元素更容易渗透到金属表面。
这种技术可以在较低的温度下进行，并实现更高的渗碳和渗氮效果。
2. 高速渗碳和高速渗氮：传统渗碳和渗氮的处理时间较长，通常需要几个小时到几十个小时。
而高速渗碳和高速渗氮则通过应用高能量的电子束或离子束，在短时间内高效地实现渗碳和渗氮过程，大大节省了处理时间。
3. 渗碳和渗氮复合处理：将渗碳和渗氮技术结合起来进行复合处理，可以在金属表面形成复合层，同时提高金属材料的硬度、抗磨损性和耐腐蚀性等性能。
这种复合处理技术广泛应用于汽车发动机曲轴、齿轮、刀具等高强度、高耐磨部件的制造。
实际应用方面，渗碳和渗氮技术被广泛应用于各个领域，如汽车制造、航空航天、工程机械、石油化工等。
在汽车制造中，渗碳和渗氮技术可以应用于发动机部件、传动系统和刹车系统等关键零部件的制造，提高其使用寿命和性能稳定性。
在航空
航天领域，渗碳和渗氮技术可以应用于航空发动机涡轮叶片、导向叶片等高温部件的制造，提高其耐热性和耐腐蚀性。
总之，渗碳和渗氮的新概念和实际运用不断拓展着金属材料表面处理的领域，为各个行业提供了更高性能的金属材料解决方案。
不锈钢表面离子渗氮技术
•
渗氮后的不锈钢硬度和耐磨性均有显著提高。但是常规的离子渗氮容易 在不锈钢表面形成CrN而使基体出现贫铬，进而降低不锈钢的耐蚀性。所以， 尽管经离子渗氮处理后不锈钢的表面硬度、耐磨性和抗擦伤、抗胶合能力有 大幅度提高，但若处理不当，容易发生表层剥落、硬化层(渗氮层) 厚度不均 匀以及耐腐蚀性大幅下降等质量问题。
不锈钢表面离子渗 氮技术
•
Hale Waihona Puke 不锈钢应用范围十分广泛。面对当前资源严重短缺的现状，采用各种强 化措施来改善已开发不锈钢钢种的性能，进一步发挥各种不锈钢的优势，拓 展其应用范围，是一项迫切而意义深远的工作。表面改性处理是低成本而有 效提高材料表面硬度、耐磨性和抗疲劳性能的重要方法。
•
由于不锈钢表面氧化膜的存在，使一般的气体渗氮很难进行。虽然表面 活化处理后的不锈钢可以进行气体渗氮处理，但是工序复杂，不易控制，所 以人们逐渐采用了一些新的渗氮工艺技术。离子渗氮技术就是其中应用最广 的一种。常规离子渗氮是在 500～560℃温度下的N2和H2或NH3混合气氛中 进行的。由于离子渗氮能直接去除不锈钢表面的钝化膜，并易于实现局部渗 氮和较容易控制氮势，在不锈钢表面强化方面显示出较大优越性。对一些马 氏体不锈钢进行离子渗氮的结果表明，离子渗氮可有效地在不锈钢表面形成 一定厚度的渗氮层，而不需要进行去除氧化膜的预处理。
•
与渗氮相似，对不锈钢进行渗碳处理也可分为气体渗碳和离子渗碳两大 类型。传统气体渗碳温度很高，一般在800～1000℃，所以对不锈钢很少使 用，主要采用低温离子渗碳技术。低温离子渗碳处理通常在550℃以下进行， 所用气体为H2和CH4或C2H2的混合气体。/
•
为了避免高温下形成CrN，损害不锈钢固有的耐蚀性，必须发展低温处 理方法。上世纪80年代研发了等离子体低温渗氮研究，很好地解决了奥氏体 不锈钢经处理后耐蚀性降低的技术难题。该技术的关键是在低温下(350～ 450℃) 进行，以避免形成CrN而使基体贫铬后耐蚀性下降。
关于渗氮处理
常见有液体渗氮、气体渗氮、离子渗氮。
氮化处理又称为扩散渗氮。
气体渗氮在1923年左右，由德国人Fry首度研究发展并加以工业化。
由于经本法处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温，其应用范围逐渐扩大。
例如钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、螺杆、连杆、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。
编辑本段二、氮化用钢简介传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。
这些元素在渗氮温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。
尤其是钼元素，不仅作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。
其他合金钢中的元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。
一般而言，如果钢料中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。
其中铝是最强的氮化物元素，含有0.85～1.5%铝的渗氮结果最佳。
在含铬的铬钢而言，如果有足够的含量，亦可得到很好的效果。
但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
一般常用的渗氮钢有六种如下：（1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢）（2）含铬元素的中碳低合金钢SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800系。
（3）热作模具钢（含约5%之铬）SAE H11 （SKD –61）H12，H13 （4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢SAE 400系（5）奥斯田铁系不锈钢SAE 300系（6）析出硬化型不锈钢17 - 4PH，17 –7PH，A–286等含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬化层亦很脆。
相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表面亦有相当的耐磨性及耐束心性。
因此选用材料时，宜注意材料之特征，充分利用其优点，俾符合零件之功能。
至于工具钢如H11（SKD61）D2（SKD –11），即有高表面硬度及高心部强度。
编辑本段三、氮化处理技术流程：1、渗氮前的零件表面清洗大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。
离子渗氮的基本原理
离子渗氮的基本原理随着科技的不断发展，离子渗氮技术逐渐成为金属表面处理的一种重要方法。
它采用了离子注入的方式，将氮原子注入金属表面，形成一层坚硬、耐磨的氮化层，从而提高金属的强度和抗磨损性能。
本文将详细介绍离子渗氮的基本原理和工艺流程。
离子渗氮的基本原理就是将金属放置于一个高真空的环境中，通过特定的离子束轰击金属表面，使得氮原子得以在金属表面形成氮化物层。
在过程中，离子束的束流强度、能量和频率都有很重要的影响，需要根据实际情况进行调整。
此外，注氮时要保持一定的温度，以保证金属表面形成的氮化物层具有良好的力学、物理及化学性质。
离子渗氮的工艺流程大概可以分为以下几个步骤：首先是表面处理，将待处理的金属材料表面清洗干净，并进行必要的抛光处理，去除表面的氧化皮、污垢等杂质；其次是将金属材料放置到真空处理室中，并进行预处理步骤，主要是在低气压的环境下对金属表面进行碳化和加热处理；然后是注氮过程，这是离子渗氮的关键步骤，会进行一定时间的高能量离子轰击，确保氮原子充分地注入到金属表面，形成坚硬的氮化物层；最后是处理后的金属材料进行冷却、封装等处理，使其形成稳定的表面氮化物层。
离子渗氮技术的应用非常广泛，可以用于汽车零件、航空零件、工具等领域。
它可以提高金属材料的硬度、耐蚀性、磨损性能，使其在使用过程中更为耐用，增加其使用寿命和安全性能。
此外，离子渗氮还可以用于改善表面润滑和抗疲劳性能，是一种高效、环保的表面处理技术。
综上所述，离子渗氮技术具有诸多优点和广泛的应用前景，是一种高端的表面处理技术，能够显著提高金属材料的品质和性能。
在使用过程中，还需要合理控制温度、时间和注氮强度等参数，以达到最佳的处理效果。
相信通过不断的研究和应用，离子渗氮技术将会在工业生产中发挥越来越重要的作用。
渗碳和渗氮的实际应用区别
渗碳是将钢铁加热到临界温度以上进行碳的渗入扩散的,所以也叫奥氏体化学热处理,它属于高温化学热处理,故工件畸变大.一般使用低碳钢渗碳处理,以得到心部韧性好,表面硬度高的特性.渗碳后,工件表面含碳量一般高于0.8%.淬火并低温回火后,在提高硬度和耐磨性的同时,心部能保持相当高的韧性,可承受冲击载荷,疲劳强度较高.渗氮则是在低于铁氮共析温度进行氮的扩散的,又可称为低温化学热处理(铁素体化学热处理).因此,变形小.当钢中含有铬、铝、钼等金属氮化物时,可获得比渗碳层更高的硬度、耐磨、耐蚀和抗疲劳性能.渗氮主要用于对精度、畸变量、疲劳强度和耐磨性要求都很高的工件,例如镗床主轴、镗杆,磨床主轴,气缸套等.1、对于高冲击应用场合,由于渗碳有较深的硬化层而提供更长的使用寿命;而对于注重速度的低冲击应用场合,渗氮能提供更长的使用期限,虽然硬化层深度小于渗碳,但渗氮表面硬度较高，具有更佳的耐磨性能。
2、价格上应该渗氮便宜吧。
渗碳钢的化学成分特点:常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类.(1)渗碳钢的含碳量一般都在0.15--0.25％范围内,对于重载的渗碳体,可以提高到0.25--0.30％碳素渗碳钢中,用得最多的是15和20钢,它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56--62HRC。
但由于淬透性较低,只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件,如轴套、链条等.(2)合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性,细化晶粒,强化固溶体,影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织.在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等.低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等,其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高,可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件,如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等.中合金渗碳钢如20Cr2Ni4、18Cr2N4W、15Si3MoWV等,由于具有很高的淬透性和较高的强度及韧性,主要用以制造截面较大、承载较重、受力复杂的零件,如航空发动机的齿轮、轴等.固体渗碳;液体渗碳;气体渗碳---渗碳温度为900--950C,表面层w(碳)为0.8--1.2％,层深为0.5--2.0mm.渗碳后的热处理---渗碳工件实际上应看作是由一种表面与中心含量相差悬殊码复合材料.渗碳只能改变工件表面的含碳量,而其表面以及心部的最终强化则必须经过适当的热处理才能实现.渗碳后的工件均需进行淬火和低温回火.淬火的目的是使在表面形成高碳马氏体或高碳马氏体和细粒状碳化物组织.低温回火温度为150--200C.渗碳零件注意事项:(1)渗碳前的预处理正火--目的是改善材料原始组织、减少带状、消除魏氏组织,使表面粗糙度变细,消除材料流线不合理状态.正火工艺;用860--980C空冷、179--217HBS.(2)渗碳后需进行机械加工的工件,硬度不应高于30HRC.(3)对于有薄壁沟槽的渗碳淬火零件,薄壁沟槽处不能先于渗碳之前加工.(4)不得用镀锌的方法防渗碳.渗氮用钢---凡含有Cr、Mo、V、Ti、Al等元素的低、中碳合金结构钢、工具钢、不锈钢(不锈钢渗氮前需去除工件表面的钝化膜,对不锈钢、耐热钢可直接用离子氮化方法处理)、球墨铸铁等均可进行渗氮.渗氮后零件虽然具有高硬度、高耐磨性和高的疲劳强度,但只是表面很薄的一层(铬钼铝钢于500--540C经35--65h渗氮层深只达0.3--0.65mm) .必须有强而韧的心部组织作为渗氮层的坚实基底,才能发挥渗氮的最大作用.总的来看,大部分渗氮零件是在有摩擦和复杂的动载荷条件下工作的,不论表面和心部的性能都要求很高.如果用碳钢进行渗氮,形成Fe 4N和Fe 2N较不稳定。