离子渗氮前沿进展

离子渗氮技术的前沿进展姓名：刘成松主要内容12离子渗氮的基本原理离子渗氮的发展趋势1离子渗氮的基本原理：溅射和沉积理论渗氮层的形成：反应阴极溅射。详细过程：渗氮炉中,稀薄气体在阴极、阳极间的直流高压下形成等离子体，N+、H+、NH3+等正离子轰击阴极工件表面，轰击的能量可加热阴极，工件发生二次电子发射，同时阴极溅射，从工件上打出C、O、Fe等。Fe与阴极附近活性氮原子形成FeN，又沉积到工件阴极表面，FeN分解，FeN-Fe2N-Fe3N-Fe4N，分解出的氮原子大部分渗入工件表面内，一部分返回到离子区。充入含氮气体气体电离离子轰击N工件表面（阴极）溅射NFeFe、N化合生成FeNNNFeN沉积FeN分解N沉积Fe3N分解Fe2N分解N沉积N沉积生成氮化层2离子渗氮技术的发展趋势2.1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。2.2离子渗氮辅助复合处理2.2.1渗氮氧化处理渗氮氧化处理技术是由英国卢卡斯公司所开发，并己大量应用于汽车、航空、航天等机械制造方面。渗氮氧化处理是从渗氮、氧化和防腐蚀三个词合成的新词汇，它是从渗氮的基础上发展起来的技术。其处理过程是在软氮化处理到快结束时，短时间地提高温度进行氧化处理(可在工件表面形成一层Fe3O4的薄膜)，接着在油水混合液(乳蚀液)中急冷，然后浸蜡干燥。经此处理后零件表面形成一层具有高硬度、强耐腐蚀性之复合效果的保护膜，其耐蚀性能可超过镀硬铬处理者，并解决了QPQ技术对环境污染的问题。

2.2.2离子渗氮十淬火零件经渗氮处理后，表面获得以含氮为主的化合物层和扩散层；再把零件重新加热到奥氏体状态，渗层中的氮碳化合物发生分解，氮向纵深扩散溶入奥氏体，淬火后表面得到一层极细小的含氮马氏体，它比单纯淬火后所得到的不含氮的马氏体要细小得多;同时，由于氮向心部扩散，浓度梯度趋于平缓，从而使零件在具有良好的心部力学性能的同时，也获得了较高的表面硬度、耐磨和疲劳强度。渗氮或氮碳共渗后增加一道淬火处理，使表面层组织发生变化，可使零件得到更有效的强化，氮碳共渗的工艺效果得到更充分的发挥。这种复合强化工艺适合于碳素结构钢、合金结构钢所制成的零件，尤其是前者。

2.2.3离子渗氮/薄膜复合工艺在表面复合处理技术中，将离子渗氮与薄膜技术结合起来对钢进行表面处理，可进一步改善材料的摩擦学性能，从而提高其承载能力。由于渗氮后的钢表面有较深的硬化层(>0.3mm)，具有一定的硬度、耐磨性和残余压应力，构成了TIN、CrN等超硬薄膜的理想支承体，其承载能力远远超过单一超硬薄膜或氮化物层。同时，因为增加了硬化层的总厚度，减小了从TIN、CrN表面到钢基体之间的硬度梯度，使得材料表面的耐腐蚀性、耐磨性、滚动接触疲劳强度以及TIN，CrN层的附着性能都大为提高。由于疏松层已去除，其亚表面也不易产生裂纹源，从而使接触疲劳强度有所提高。2.3ASPN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。2.4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。2.5快速离子渗氮技术常规离子渗氮DN（零件渗氮层深度）0.6mm，而0.8～1.2mm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0.03～0.04mm/h，40Cr保温时期的渗速可提高至0.06～0.08mm/h稀土催渗循环