液態氮化和離子氮化

更新時間：2024-06-07 點擊次數：1061次

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      液體氮化主要不同是在氮化層里有Fe₃Nε相，Fe₄Nr相存在而不含Fe₂Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物。液體氮化的方法是將被處理工件先除銹，脫脂，預熱后再置于氮化坩堝內，坩堝內是以TF-1為主鹽劑，被加熱到560～600℃處理數小時，依工件所受外力負荷大小而決定氮化層深度，在處理中，必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量的空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO，滲透擴散至工作表面，使工件表面最外層化合物8～9%w_t的N及少量的C及擴散層，氮原子擴散入α_Fe中使鋼件更具耐疲勞性。氮化期間由于CNO的分解消耗，所以不斷要在6～8小時處理中化驗鹽劑成份，以便調整空氣量或加入新的鹽劑。

      液體氮化處理用的材料為鐵金屬，氮化后的表面硬度以含有 Al、Cr、Mo、Ti元素的硬度較高，其含金量越多氮化深度越淺，如炭素鋼Hv350～650，不銹鋼Hv1000~1200，氮化鋼Hv800~1100。

      液體氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件，氣缸套處理、氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具。采用液體氮化的國家有西歐各國、美國、日本等。

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      此方法為將一工件放置于氮化爐內，預先將爐內抽成真空達10^-2～10^-3 Torr（mmHg）后導入N₂氣體或N₂+H₂混合氣體，調整爐內達1～10Torr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，兩極間通以數百伏直流電壓，此時爐內的N₂則發生光輝放電成正離子，向工作表面移動，在瞬間陰極電壓急劇下降，使正離子以高速沖向陰極表面，將動能轉變為氣能，使得工件表面溫度得以上升，因氮離子的沖擊后將工件表面打出Fe、C、O等元素飛濺出來，與氮離子結合成FeN。由此，氮化鐵逐漸被吸附在工件上而產生氮化作用，離子氮化在基本上是采用氮氣，但若添加碳化氫系氣體則可作離子氮化處理。工件表面氮氣濃度可改變爐內充填的混合氣體（N₂+H₂）的分壓比調節得到，純離子氮化時，在工作表面得單相的r′_（Fe4N）組織，含N量在5.7~6.1%w_t，厚層在10μm以內，此化合物層強韌而非多孔質層，不易脫落，由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴散至內部，由表面至內部的組織即為FeN→Fe₂N→Fe₃N→ Fe₄N順序變化，單相ε_（Fe3N），含N量在5.7～11.0%w_t，單相ε_（Fe2N），含N量在11.0～11.35%w_t，離子氮化首先生成r相，再添加碳化氫氣系時使其變成ε相的化合物層與擴散層，由于擴散層的增加對疲勞強度的增加有很多幫助，而蝕性以ε相最佳。

      離子氮化處理可從350℃開始，由于考慮到材質及其相關機械性質的選用，處理時間可由數分鐘至長時間的處理，本法與過去使用的熱分解化學反應氮化的處理法不同，本法為利用高離子能，過去認為難處理的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以優秀的表面硬化處理。