輝光離子氮化是指利用輝光放電現象使工件表面滲入氮原子的熱處理方法。
基本介紹
- 中文名：輝光離子氮化
- 外文名：plasma nitriding
- 學科：材料工程
- 領域：工程技術
簡介,工作過程,原理,特點,
簡介
輝光離子氮化是指利用輝光放電現象使工件表面滲入氮原子的熱處理方法。
工作過程
採用專用的輝光離子氮化爐，以工件為陰極，爐體為陽極，當爐內真空度抽至(1~0.1Pa)後通入氨氣，使真空室內壓力約為66.65~1333.2Pa。在兩極之間加電壓為400~750V ，電流密度為0.5~2.0mA/cm2的直流電，在高壓電場作用下，產生輝光放電，氨氣發生部分分解形成氮和氫的正離子和電子。具有高能量的氮離子轟擊工件表面，由動能轉化為熱能加熱工件，同時氮離子吸取電子還原成原子被工件表面吸收並向內層擴散。離子轟擊工件表面還產生陰極濺射，濺射出鐵離子與氮離子化合形成氮化鐵FeN，FeN重新附著在工件表面，然後分解為Fe2N和Fe3N並放出氮原子向工件內擴散。
原理
輝光離子氮化是利用輝光放電原理進行的。輝光放電是當氣體越過電暈放電區後，若減小外電路電阻，或提高全電路電壓，繼續增加放電功率，放電電流將不斷上升。同時輝光逐漸擴展到兩電極之間的整個放電空間，發光也越來越明亮。當電子能f提高，也就是增強電場的操作參數，則能使電暈放電過渡到輝光放電。
特點
輝光離子氮化作為七十年代興起的一種新型滲氮方法與一般的氣體滲氮相比，輝光離子滲氮的特點是：
1）滲氮速度較快，可適當縮短滲氮周期，離子氮化時間短，能縮短到氣體氮化時間的1/3～2/3。
2）滲氮層脆性小，離子氮化表面形成的白層很薄，甚至沒有，另外引起的變形小，特別適宜於形狀複雜的精密零件。
3）可節約能源和氨的消耗量，電能消耗為氣體氮化的1/2～1/5，氨氣消耗為氣體氮化的1/5～1/20。
4）易於實現局部氮化，只要設法使不欲氮化的部分不產生輝光即可，非滲氮部位便於保護，採用機械禁止、用鐵板隔斷輝光，即可保護。
5）離子轟擊有淨化表面作用，自動去除鈍化膜，不鏽鋼、耐熱鋼材料無需預先去除鈍化膜，可使不鏽鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。
6）化合物層結構、滲層厚度和組織可以控制。
7）處理溫度範圍較寬，即使在350℃以下也能獲得一定厚度的滲氮層。
8)勞動條件有所改善，無公害、離子滲氮處理在很低的壓力下進行，排出的廢氣極少。氣源為氮氣、氫氣和氨氣，基本上無有害物質產生。
9）可以適用於各種材料，包括要求氮化溫度高的不鏽鋼、耐熱鋼，以及氮化溫度較低的工模具(工具鋼)和精密零件，而低溫氮化對氣體氮化來說是相當困難的。
