離子滲氮法(或輝光放電氮化）是由德國人B.Berghaus於1932年發明的。該法是在0.1～10Torr（Torr = 133.3 Pa）的含氮氣氛中，以爐體為陽極，被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數百伏的直流電壓，由於輝光放電現象便會產生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時，已離子化了的氣體成分被電場加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時依靠濺射及離子化作用等進行氮化處理。
基本介紹
- 中文名：離子滲氮法
- 外文名：Ion-nitriding method
- 別稱：輝光放電氮化
- 發明者：德國人B.Berghaus
- 發明時間：1932年
定義,原理,設備,主要工藝參數,套用,優點,
定義
離子滲氮又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。離子滲氮是在充以含氮氣體的低真空爐體內把金屬工件作為陰極爐體為陽極，通電後介質中的氮氫原子在高壓直流電場下被電離，在陰陽極之間形成等離子區。在等離子區強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉變為熱能，加熱工件表面至所需溫度。由於離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，因而得到淨化，同時由於吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。
離子滲氮法(或輝光放電氮化）是由德國人B.Berghaus於1932年發明的。該法是在0.1～10Torr（Torr = 133.3 Pa）的含氮氣氛中，以爐體為陽極，被處理工件為陰極，在陰陽極間加上數百伏的直流電壓，由於輝光放電現象便會產生象霓紅燈一樣的柔光覆蓋在被處理工件的表面。此時，已離子化了的氣體成分被電場加速，撞擊被處理工件表面而使其加熱。同時依靠濺射及離子化作用等進行氮化處理。
原理
離子滲氮向工件表面滲入的氮原子，不是像一般氣體那樣由氨氣分解而產生的，而是被電場加速的粒子碰撞含氮氣體分子和原子而形成的離子在工件表面吸附、富集而形成的活性很高的氮原子。
離子滲氮時，工件放在爐內的陰極盤上，接上電源抽真空，當爐內壓力降到6Pa左右時，充入氨氣，使爐內壓保持在1.3×10~1.3×10Pa範圍內。由於爐內壓力低，隨後又經過加熱作用，進入爐內的氨氣將發生分解。爐內反應所得的氣體體積分數為25%N2和75%H2的低壓環境。
當在陰極（工件）與陽極（爐體）之間加上高壓直流電時，爐內出現輝光放電現象。這時，爐內的低壓氣體在高壓電廠的作用下發生電離，電離成帶正電荷的N、H離子和帶負電荷的電子。輝光放電形成的正離子，在高壓電場作用下做定向移動，即以極高的速度轟擊陰極（工件）表面，並在工件表面發生一系列的物理化學現象，形成滲氮層。其流程主要包括能量轉換、產生陰極濺射效應、形成高密度的位錯層、氮離子奪得電子形成活性氮原子、凝附作用和氫離子的化學作用。
設備
離子滲氮設備主要為離子滲氮爐。按爐體形式可分為：吊掛工件的深井式爐；堆放工作的鐘罩式爐；既可吊掛又可堆放的綜合式爐和側端開門的臥式爐。
主要工藝參數
離子滲氮的主要工藝參數包括熱、電、氣三個方面，主要有處理溫度、時間、氣體成分、流量與壓力、輝光電壓與電流密度等。
套用
離子氮化法與以往的靠分解氨氣或使用氰化物來進行氮化的方法截然不同，作為一種全新的氮化方法，現已被廣泛套用於汽車、機械、精密儀器、擠壓成型機、模具等許多領域，而且其套用範圍仍在日益擴大。
優點
①由於離子氮化法不是依靠化學反應作用，而是利用離子化了的含氮氣體進行氮化處理，所以工作環境十分清潔而無需防止公害的特別設備。因而，離子氮化法也被稱作二十一世紀的“綠色”氮化法。
②由於離子氮化法利用了離子化了的氣體的濺射作用，因而與以往的氮化處理相比，可顯著的縮短處理時間（離子滲氮的時間僅為普通氣體滲氮時間的1/3～1/5）。
③由於離子氮化法利用輝光放電直接對工件進行加熱，也無需特別的加熱和保溫設備，且可以獲得均勻的溫度分布，與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上，達到節能效果（能源消耗僅為氣體滲氮的40～70%）。
④由於離子氮化是在真空中進行，因而可獲得無氧化的加工表面，也不會損害被處理工件的表面光潔度。而且由於是在低溫下進行處理，被處理工件的變形量極小，處理後無需再行加工，極適合於成品的處理。
⑤通過調節氮、氫及其他（如碳、氧、硫等）氣氛的比例，可自由地調節化合物層的相組成，從而獲得預期的機械性能。
⑥離子氮化從380℃起即可進行氮化處理，此外，對鈦等特殊材料也可在850℃的高溫下進行氮化處理，因而適應範圍十分廣泛。
⑦由於離子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進行，因而耗氣量極少（僅為氣體滲氮的百分之幾），可大大降低處理成本。
離子氮化在沖淡的氨氣中或氫和氮的混合氣氛中進行。與普通氣氛氮化法一樣，也可向氣氛混合物中通往碳氫化合物氣體，這是在白亮層中形成ε－碳化物。這各過程還可用使表面層脫碳的方法加以控制，從而降低表層的脆性。
