1、離子滲氮工藝原理2009-1-8(a)鋼的氮化氮化氮是將氮滲透到鋼表面，形成富氮硬化層的化學(xué)熱處理過程。工業(yè)生產(chǎn)中常用的工藝方法有氣體硝化、鹽浴硝化、離子氮化等。1.氮化過程的特性(1)氮化后零件表面具有較高的硬度、耐磨性、疲勞強(qiáng)度和槽口靈敏度。(2)氮化溫度低，一般為500-600C，氮化層的高硬度可直接從氮?dú)庵蝎@得，無需經(jīng)過高溫加熱和淬火。因此，氮化工藝的變形最小，經(jīng)常用作零件的最后工藝。(3)滲氮層具有高耐蝕性。2.氮化工藝的化學(xué)工藝氮化與其他化學(xué)熱處理工藝一樣，由分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)茄子基本過程組成。(1)分解氮化介質(zhì)(通常是氨)通過熱解或其他方法產(chǎn)生活性氮原子。(2)吸收鋼表面吸收氮

2、原子，形成鐵的氮固溶體和氮化物。(3)擴(kuò)散氮從表面高濃度的飽和層擴(kuò)散到鋼內(nèi)層深處，形成一定深度的硝化層。3.滲氮層組織根據(jù)Fe-N狀態(tài)圖，氮層主要由钚、钚和钚四個(gè)組成。(1) 相-Fe中氮的間隙固溶體。最大溶解度為0.1%。(2) 相-Fe中氮的間隙固溶體。(3) ，相是可變成分的間隙相化合物，氮量在5.7 6.1%之間，成分符合Fe4-N。(4) 相氮含量變化范圍相當(dāng)大的化合物，成分在8.25%到11.0%之間變化。相硬度高，脆性大。4.合金元素的作用碳鋼和合金鋼由于碳和合金元素的作用，也影響氮層的形成。碳的存在阻止了氮的擴(kuò)散，減少了硝化層的厚度。鋼中的大多數(shù)合金元素可以按Ti、Al、V、W

3、、Mo、Cr、Mn、Fe的順序形成氮化物，具體取決于氮化物的穩(wěn)定性(穩(wěn)定性越高，硬度越高)。因此，為了在表面獲得高硬度和耐磨性，必須將氮和穩(wěn)定氮化物的合金元素添加到鋼中。同時(shí)，V、W、Mo、Cr等合金元素可以改善鋼的組織，提高心臟的強(qiáng)韌度。合金元素還防止氮的擴(kuò)散，減少硝化層的厚度。(b)離子滲氮工藝原理離子滲氮層的形成也由分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)茄子基本過程組成。但由于輝光放電的作用，其機(jī)制不同。真空爐體內(nèi)，工件連接陰極，爐體連接陽極，在陰極之間施加數(shù)百伏直流電壓，產(chǎn)生輝光放電，使含氮的稀薄氣體(如氨)電離，形成等離子體。n，H離子在陰極胃降區(qū)加速，轟擊陰極表面，激活陰極表面，產(chǎn)生一系列反應(yīng)。第一

4、，離子轟擊動能轉(zhuǎn)化為熱，加熱工件。第二，離子轟擊發(fā)射了電子，產(chǎn)生了第二次電子發(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，F(xiàn)e和陰極附近的活性N原子(或N離子)結(jié)合在一起，沉積在FeN牙齒陰極表面，分解。FEN FE2N 離子滲氮物理基礎(chǔ)2009-1-8離子滲氮物理基礎(chǔ)離子氮化是通過真空爐中稀薄氣體的輝光放電在由離子、電子、中性粒子組成的等離子體中進(jìn)行的，因此需要了解相關(guān)知識。(a)真空真空是相對于大氣的。真空是指在給定空間中氣體分子密度比周圍氣壓的氣體分子密度低得多的狀態(tài)。一般使用真空度測量氣體分子密度大小的程度。真空度通常以壓力單位表示。真空度越高，氣體分子密度越低。也就

5、是說，壓力越低，相反，真空度越低，氣體分子密度越高，也就是壓力越高。因此，真空度高、壓力低是同義詞。真空測量使用Torr(土)和pa(波)等單位。1tor r=1/760 ATM(標(biāo)準(zhǔn)大氣壓)1tor r=133.3pa1pa=1n(牛頓)/m2 1Pa=7.500610-3 Torr(b)稀薄氣體放電1.等離子體等離子體是由離子、電子和中性粒子組成的電離氣體，整體上表示傳記中立。等離子體中有大量的傳記粒子，所以導(dǎo)電性很好。等離子體中的傳記粒子在外部電場的作用下對與自身電極相反的電極進(jìn)行定向運(yùn)動，使氣體通過電流。等離子化學(xué)反應(yīng)比比熱化學(xué)反應(yīng)更容易進(jìn)行。稀薄氣體放電伏安特性要獲得等離子體，必須電

6、離中性粒子，使離子滲氮是利用稀薄的氣體放電獲得等離子體。稀薄氣體真空容器內(nèi)的兩個(gè)電極將電源電壓施加到C點(diǎn)，陰極之間的電流突然增加，陰極部分表面開始產(chǎn)生輝光，陰極之間的電壓下降。隨后，功率電壓增加，陰極表面產(chǎn)生的輝光面積增加，但陰陽極之間的電壓保持不變，陰極表面到D點(diǎn)完全復(fù)蓋著輝光。隨后電流增加，陰陽兩極之間的電壓相應(yīng)增加。超過e點(diǎn)，電流急劇增加，陰極之間的電壓突然下降，輝光關(guān)閉，陰極表面出現(xiàn)電弧放電。與c點(diǎn)相對應(yīng)的電壓稱為輝光點(diǎn)火電壓。從c點(diǎn)到D點(diǎn)的正常光暈區(qū)域，從D點(diǎn)到E點(diǎn)的異常光暈區(qū)域。離子氮在異常輝光區(qū)工作，在牙齒區(qū)，輝光均勻復(fù)蓋工件表面，通過改變陰陽極之間的電壓和陰極表面電流密度，可以

7、調(diào)節(jié)工藝參數(shù)。氣體性質(zhì)、電極材料和溫度恒定時(shí)，輝光點(diǎn)火電壓與氣體壓力和陰極距離的乘積相關(guān)，離子氮化點(diǎn)火電壓為400-500V。3.輝光放電輝光放電氣壓一般為10波到數(shù)千波，電流密度為毫安/平方厘米，電壓為數(shù)百伏，是高電壓小電流密度的放電。(1)輝光放電的發(fā)光分布輝光是原子從發(fā)生狀態(tài)回到基態(tài)，或從電離狀態(tài)變成復(fù)合狀態(tài)時(shí)發(fā)出的電磁波。不同氣體的電磁波的波長不同，輝光顏色也不同。陰極到陽極的輝光分布不均勻。從陰極到陽極，分為阿斯頓暗區(qū)、陰極輝區(qū)、陰極輝區(qū)、法拉第暗區(qū)、鄭州區(qū)、陽極暗區(qū)、陽極輝度區(qū)等多個(gè)區(qū)域，每個(gè)區(qū)域的亮度和電壓各不相同。(2)陰極位置減少區(qū)阿斯頓巖球、陰極輝區(qū)、陰極巖球三區(qū)寬度之和稱

8、為陰極上下降區(qū)dk，陰極間電壓主要降落在陰極上下降區(qū)內(nèi)。陰極位置下降區(qū)dk與電壓、氣壓、氣體成分相關(guān)。陰極位置下降區(qū)域dk與氣壓成反比(pdk=常數(shù))。這是保持光暈放電不可缺少的渡邊杏區(qū)域，當(dāng)陰陽極距D DK時(shí)，光暈被關(guān)閉?？梢岳醚例X原理間隔保護(hù)陰極。(3)空心陰極輝光放電陰極胃降dk上負(fù)輝光區(qū)域的長度稱為陰極放電長度D輝光。如果兩個(gè)陰極都產(chǎn)生光暈放電，則兩個(gè)陰極距離D1、2 2D光暈，兩個(gè)陰極位降區(qū)域徐璐獨(dú)立，光暈放電正常，不會徐璐影響。兩個(gè)陰極距離D1，2 2D輝光，兩個(gè)負(fù)輝光區(qū)域相結(jié)合，增加電流密度，提高輝光強(qiáng)度，這稱為空陰極效應(yīng)。在離子滲氮工藝工作中，經(jīng)常通過調(diào)整氣壓P等工藝參數(shù)來調(diào)

9、整D輝光，控制中空陰極效果。4.電弧放電電弧放電通常電壓為10伏，電流密度為數(shù)百安培/平方厘米，是低壓大電流密度的放電。放電發(fā)生在陰極局部。電弧放電形成的原因主要是熱電發(fā)射和電場電子發(fā)射。離子滲氮工藝2009-1-8(a)離子滲氮工藝參數(shù)1.氮化溫度氮化溫度是重要的工藝參數(shù)，溫度的高低直接影響氮化速度、硬度和氮化層組織。在一定的硝化溫度范圍內(nèi)，溫度越高，氮原子的移動和擴(kuò)散能力越強(qiáng)，硝化速度越快，硝化層越厚。徐璐其他材料的氮化溫度具有最佳值，在牙齒溫度下，氮化層的硬度最高。2.氮化時(shí)間硝化層和硝化時(shí)間呈拋物線關(guān)系。3.氣體成分生產(chǎn)中常用的離子滲氮?dú)怏w主要是氨(NH3)、N2H2和熱分解氨。以離子

10、滲氮?dú)怏w為基礎(chǔ)，加上一定比例的碳?xì)怏w(如酒精、丙酮的蒸發(fā)器)，就可以進(jìn)行離子NC共滲(離子軟氮化)。4.氣壓氣體壓力具有輝光放電特性，氣壓高，陰極胃降區(qū)dk小，輝光層薄。氣壓低，陰極胃降區(qū)dk大，輝光層厚。一般離子氮化氣壓在數(shù)百Pa。對于有孔和窄槽的工件，必須調(diào)整氣壓，更改陰極放電長度D輝光，以避免空陰極效果。5.傳記參數(shù)離子氮的電壓和電流密度主要取決于氮化溫度的高低和氣壓等，一般在保溫階段，電流密度為0.5-5mA/cm2，電壓600-700V。(b)離子滲氮材料1.碳鋼碳鋼的滲氮效果比較差，滲透層的硬度較低。因此，通常使用離子NC共針(離子軟氮化)提高表面硬度，滿足要求不高的表面磨損部件(

11、例如汽車摩擦片)。合金結(jié)構(gòu)鋼典型的氮化合金鋼采用38CRMO AL、42CRMO、40CR、35CRMO、20CRM NTI、20CR、50CRV、P20等材料處理氮，具有高表面硬度、耐磨性和抗疲勞性能。廣泛應(yīng)用于齒輪、套筒等機(jī)械零件和塑料模具。合金鋼的字典熱處理一般是調(diào)節(jié)處理，氮化溫度必須低于調(diào)節(jié)回火溫度，防止心臟強(qiáng)度下降。3.模具鋼熱作模具鋼3C R2W8V、H13、8407等材料制成的熱作型模具(如沖模、擠壓等)處理氮后，大大提高了耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性和附著力。使用高速鋼和Cr12MoV(高淬火)等材料制造的工具、冷模具和刀具通過滲氮處理可以顯著提高使用壽命。4.鑄鐵離子氮化氮也廣

12、泛用于合金鑄鐵和墨水鑄鐵。內(nèi)燃機(jī)曲軸、鋼套筒等零件離子滲氮后有很好的效果。5.不銹鋼離子氮化可大大提高Cr13型和1Cr18Ni9Ti等不銹鋼的硬度和耐磨性。(c)離子滲氮過程中的問題1.氮化工件的溫度測量一般熱處理設(shè)備是利用電熱體熱來加熱工件，爐內(nèi)溫度基本一致，溫度熱電偶的溫度也可以表示工件溫度。離子氮化工件通過自身輝光放電加熱，工件具有陰極電位，不能直接與導(dǎo)熱工件接觸，因此溫度測量熱電偶的溫度經(jīng)常與工件溫度不一致。爐子里的工件越少，導(dǎo)熱離工件越遠(yuǎn)，導(dǎo)熱的溫度與工件溫度相差越大。操作實(shí)際工藝時(shí)，經(jīng)常采用眼溫度、模擬溫度測量等方法，彌補(bǔ)不準(zhǔn)確的溫度測量問題。2.溫度均勻性離子氮化工件用自身輝光

13、放電加熱，同一爐的不同工件質(zhì)量不同，表面積不同，熱度也不同。因此，工件溫度可能不均勻。在進(jìn)行實(shí)際工藝工作時(shí)，同一爐工件的差異不要太懸殊。必須考慮工件的爐子安裝方式。質(zhì)量大、表面積小的工件的熱條件不好。溫度可能會低。安裝爐子時(shí)，將其放置在陰極板的內(nèi)環(huán)或下方，并根據(jù)需要添加適當(dāng)?shù)妮o助陰極。帶小孔的窄縫工件處理有小孔和窄間隙的工件容易產(chǎn)生空心陰極效應(yīng)，局部電流密度太高，溫度上升太高，導(dǎo)致電弧放電，無法進(jìn)行工藝。最好使用小孔，窄縫屏蔽(阻擋或蓋子)。如果屏蔽不容易，則必須調(diào)整氣壓，調(diào)整陰極放電長度D輝光，以避免空陰極效果。4.減少氮化工件變形的措施離子氮化工件的變形很小，一般可以滿足工件的精度要求。對

14、于高精度工件，可通過執(zhí)行以下操作減少變形：(1)慢慢加熱(2)在精加工前添加失效處理工藝，消除冷加工應(yīng)力。(d)常用鋼離子滲氮工藝材料遠(yuǎn)視組織離子滲氮結(jié)果常用溫度范圍c類不要做順序號碼鋼鐵品種提前列處多莉經(jīng)度HB表面經(jīng)度HV5深度范圍和諧層m總深度毫米合并黃金結(jié)結(jié)構(gòu)鋼鐵120Cr凈化1805500.2 0.5520 550淬火回火200550220CrMnTi凈化180650淬火回火200600340CrNiMo淬火回火220550440Cr凈化200500淬火回火220500滲透氮鋼鐵530CrMoAl凈化2008500.30 0.50520 550淬火回火210800638CrMoAlA淬

15、火回火240950工人模型球體鋼鐵73Cr2W8V淬火回火3008500.15 0.30540 550淬火回火HRC4510000.10 0.25打印 關(guān)閉離子滲氮工藝質(zhì)量檢驗(yàn)2009-1-81.滲氮層厚度硝化層由化合層和擴(kuò)散層組成，硝化層的厚度和時(shí)間呈現(xiàn)拋物線關(guān)系。氮化層厚度通常用金相和硬度方法測量。(1)金相法金相樣品經(jīng)過研磨后，試劑(化合層為2%到4%硝酸酒精溶液，擴(kuò)散層為5%苦味酸酒精溶液)腐蝕后，用金相顯微鏡放大100 200倍，直到表面與氣體有明顯的界限為止，其長度為氮層厚度。(2)經(jīng)度法100g負(fù)載的維氏硬度計(jì)，從表面到中心垂直撞擊硬度，達(dá)到氣體硬度高于30-50Hv的地方，表面

16、到這里的距離作為硝化層厚度。2.氮化層硬度氮層的表面硬度用5-10千克負(fù)荷的非氏硬度計(jì)測量，用50-200g負(fù)載的顯微鏡度計(jì)測量化合層的表面硬度。3.滲氮層脆性檢查用10公斤負(fù)荷的比氏硬度計(jì)打擊氮化樣品表面，以壓痕的完整性評價(jià)脆性。離子滲氮設(shè)備簡介2009-2-25輝光離子滲氮設(shè)備簡介武漢安第爾熱處理設(shè)備有限公司是一家專業(yè)從事離子滲氮工藝研究、設(shè)備生產(chǎn)的專業(yè)公司。輝光離子氮化爐積累了設(shè)計(jì)生產(chǎn)的豐富經(jīng)驗(yàn)。主要產(chǎn)品有LD系列離子氮化爐、LDMC系列脈沖離子氮化爐、帶輔助加熱的離子氮化爐等。我公司的用戶遍布全國20多個(gè)省市的機(jī)械行業(yè)，我們的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品和服務(wù)受到用戶的好評和信賴。我們的設(shè)備可以為用戶提高產(chǎn)品質(zhì)量，創(chuàng)造更