離子滲氮工藝規范制定原則

離子滲氮的工藝參數較多，除了常見的滲氮溫度和時間外，還與爐氣壓力、氣源、氣體壓力及流量、電壓與電流、抽氣速率等因素有關。

(1)滲氮溫度和時間

1)離子滲氮的滲氮溫度和氣體滲氮基本相同，一般為500~540℃，不同材料滲氮硬度與溫度之間均有一最佳對應值，一般在450~540℃之間。當溫度高于590℃時，會因氮化物的積聚而使硬度明顯下降。

升溫速度主要取決于工件表面的電流密度、工件體積與產生輝光的表面積之比以及工件的復雜程度與散熱條件等。為減少變形，升溫速度不宜過快，一般為150~250℃/h。保溫溫度要穩定，波動要小。保溫溫度的穩定性與爐壓及電壓有密切的關系，通過穩定爐壓來穩定電流密度，進而提高保溫溫度的穩定性；通過穩定電壓來穩定電流密度，進而提高保溫溫度的穩定性。

2)滲氮的保溫時間取決于滲氮件的材料以及滲氮層的厚度和硬度要求，保溫時間從幾十分鐘到幾十小時。當滲氮時間在20h以內時，離子滲氮的速度明顯大于氣體滲氮，當滲氮時間在20h以上時，兩種滲氮的速度接近。

(2)爐氣壓力。爐氣壓力是離子滲氮的一個重要參數。空爐或工件裝爐后，氣壓應能達到6.67Pa以下。如果達不到此值，說明爐體有漏氣現象，漏入的空氣中的氧在滲氮過程中會使金屬表面氧化，影響滲氮質量；冷卻時漏入空氣，會使工件出現氧化色。

爐氣壓力與供氣流量和抽氣速率有關。在氣壓一定的條件下，真空泵的抽氣速率越大，氣體的流量就越大，氨氣的消耗量也就越大。在離子滲氮中，氣壓直接影響電流密度的大小。氣壓大，電流密度大，而電流密度又影響升溫速度和保溫溫度。在實際操作中，氣壓應在133～1066Pa之間，一般為266~800Pa。

爐氣壓力對滲氮層的組織有一定影響。高氣壓下化合物層中ε相含量增高，低氣壓易獲得γ′相。氣壓在40~2660Pa時，不易出現化合物層。

氣壓還決定輝光層的厚度，氣壓越大，dk越小，輝光層越薄，越有利于升溫。

(3)電壓。離子滲氮所需的電壓與爐氣壓力、電流密度、工件溫度及陰陽極間的距離等因素有關。在其他因素一定時，電壓升高，則電流密度增大；氣壓升高，則電壓下降。在實際操作中，通過調節電壓和氣壓來控制電流的大小，達到升溫和保溫的目的，保溫階段的電壓一般為500~700V。

(4)電流密度。電流密度直接影響供給工件的熱量的多少，主要根據滲氮溫度的要求來選擇。在升溫階段，需要的熱量多，電流密度也大；在保溫階段，需要的熱量較少，電流密度也較小。電流密度一般在0.5~20mA/cm2之間，常用0.5~3mA/cm2。

(5)氣源。離子滲氮一般以氨氣為氣源，直接通入爐內進行滲氮，操作簡單，使用方便。也可將氨在660~670℃下分解為氮氣和氫氣，再通入滲氮爐內；還可以采用氮氣和氫氣的混合氣體作為氣源。后兩種氣源可以獲得比直接使用氨氣時更為均勻的溫度分布和滲氮層。調整氮氣和氫氣的比例，還可獲得所希望的滲氮層結構和ε相層的厚度。氮氣和氫氣的體積比可在1：9～9：1之間變化，氫氣所占的比例越大，則滲氮層中的ε相層越薄。