离子渗氮工艺参数及其对渗层组织的影响

在离子渗氮实践中，通常进行控制的参数有六个，即气体组分、气体总压力（也称真空度）、电流、电压、渗氮温度和渗氮时间，简称为“六大工艺参数”。

（一）气体组分

目前常用于离子渗氮的介质有NH3、热分解氨、N2+H2等三种，在此基础上，再加入少量乙醇、丙酮、二氧化碳、甲烷等作为碳的来源，即可实现离子软氮化工艺。氨气价格低廉、来源广泛、使用方便，已经成为使用最广泛的离子渗氮介质。但是使用氨气存在以下缺点:氮势不易控制，因此直接用氨气进行离子氮化（或软氮化）无法控制渗层组织。并且渗层存在一定得脆性。N2+H2的混合气也在实践中广泛应用:H2作为稀释气体加入，可以大大降低渗氮反应的活化能，氢气还起到还原零件表面氧化物的作用，以获得活性的表面，降低了对设备漏气率的要求，通过控制渗氮气氛的氮势，容易控制渗氮层的组织。

（二）渗氮温度

渗氮温度是离子渗氮极为重要的工艺参数，生产上通常使用的渗氮温度范围为450-650℃。渗氮温度低对结构钢而言能得到较高的渗层硬度、保持较高的心部强度、减少工件变形，但渗层较浅；580℃以上温度的离子渗氮一般只用于高合金不锈钢和含钛、钒的快速氮化钢，为了提高渗速、缩短生产周期，这类材料采用较高的氮化温度。

（三）气体总压力

离子渗氮时，气体压力（真空度）影响辉光放电特性，气压高时，辉光收缩集中；气压低时，辉光漫散。离子渗氮的工作气压范围一般为100-1200Pa,生产中常用的气压范围是200-600Pa。

（四）渗氮时间

渗氮时间的长短主要根据工件材料及工件所要求的渗层深度和渗氮温度而定，短则几分钟，长则几十小时。一般认为，扩散层深度与时间服从抛物线关系。化合物的厚度与时间的关系分为两段，氮化初期，两者间成直线关系，而后两者间呈抛物线关系。离子渗氮初期氮的渗入速度最快，所以渗层深度要求0.2-0.3mm以下的零件，离子渗氮保温时间只需6-12小时，因此，单纯从经济角度看，这一渗层深度是最为合理的。

（五）电参数（电流和电压）

离子渗氮时电压和电流密度的大小主要取决于渗氮温度、气压、阴阳极距离等。
电压直接决定着阴极溅射强度，两极间电压越高，离子能量越大，阴极溅射越强烈。因此，电压对化合物层相结构，零件尺寸的膨胀量产生一定得影响。
实验表明，辉光电流密度在0.5-20mA/cm2范围内改变时对渗层的硬度和深度没有明显的影响。