辉光离子渗氮工艺中渗氮层不均匀性的问题

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在辉光离子渗氮工艺过程中，由于辉光放电的特性使零件产生温度不均匀（有时在同一零件上产生渗氮层不均匀）现象。产生这种现象原因很多，例如：零件的几何形状和辉光覆盖面积、装炉的疏密以及阴阳极距离、零件升温速度等等，都可以造成零件本身的温度不均匀。怎么解决这些问题呢？首先我们要根据时间与温度的关系制定合理的渗氮工艺。

在同等的气压和时间下，温度高的地方比温度低的地方获得的氮浓度是不一样的。温度高的地方氮浓度高，温度低的地方氮浓度低。另外，温度高的地方扩散速度也比温度低的地方快。这样就造成了在同一炉（包括同一零件上）的渗层不均匀。那么怎么来保证在同一炉（同一零件）上的渗氮层的均匀性呢？那就是由保温时间来决定的。请看下图：

时间的作用与温度类似，只是前者远不如后者那样有力罢了，有时它们是可以相互补充的，要得到相同的渗层深度，降低温度可以用延长时间来弥补，反之提高温度可以缩短时间。据此，国外主张宁肯花费较长的时间，换取较低的处理温度，以获得更理想的工艺效果。随着时间的延长，化合物层和扩散层的深度增加，层深正比与时间的平方根，有下列公式关系： =K ，式中 —氮化层深度；t —氮化保温时间；K —常数。用公式求K值：ln K= 式中e—激活能；t —绝对温度；R —气体常数；C—常数。一方面时间延长，层深增厚，氮化层的钢性提高，另一方面时间延长，温度升高，氮化层的塑性增大。这一矛盾的因素较量的结果表现为氮化层更脆了。时间不影响化合物层的金相组织，在1~8小时内对表面氮浓度也完全不起作用。

一个普遍的规律是，时间对氮化过程和氮化层质量的影响，仅在氮化初期显得突出，愈往后其作用愈弱，例如5小时以后， ′相厚度不变，超过25小时， 相的厚度也趋于恒定。