气体氮化与离子氮化哪个更好啊？为什么？

落花流水

气体氮化与离子氮化哪个更好啊？为什么？

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离子氮化温度更低，与基体的结合力更大

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等离子渗氮与传统渗氮相比较具有如下优点：
2.3.1渗氮速度快  等离子渗氮是在离子轰击下进行的。处于阴极位降区的离子的平均能量约为几十电子伏特。当电压为800V时，氮离子所具有的能量比520℃气体渗氮氨分解时所得氮原子的能量高3，000倍。轰击金属零件表面深度达到数十至数百个原子层。高能粒子轰击阴极表面时产生溅射，如：铁原子从阴极表面分离飞溅的同时，碳、氧和合金元素也被轰击出来，使零件表面的氧化物和碳化物还原。如果有氢气存在，则即可防止气氛中残留氧的氧化作用，又可还原零件表面的氧化物，从而得到一个活性的洁净表面，使渗氮反应相当活跃。
   离子渗氮时氮原子的迁移主要是通过铁原子的溅射和氮化铁沉积过程来实现的。因此渗氮一开始就形成富氮相，与零件表面的α—Fe直接接触。这样高速地供氮，促使α—Fe很快饱和。几分钟后，相应的化合物就与被饱和的α—Fe建立了平衡。而气体渗氮表现氮化物一般需要1—2个小时。
   有关文献介绍，在气体渗氮初期的扩散方式主要是沿着晶界进行的。氮原子与晶界上的碳化物相接触形成了碳氮化合物。这样，相当一部分氮无益地消耗了，而且所形成的碳氮化合物还强烈地阻碍氮原子的晶界扩散，使渗氮层向内推进速度减慢。而在离子渗氮开始阶段，正离子以1011米/秒的速度不断的轰击零件表面，将使零件表面晶体形成大量缺陷，产生高位错密度。若位错运动的方向与氮原子扩散的方向一致，氮原子可沿着位错沟扩散，渗入深度可达0.05㎜。同时，氮原子还可以沿着晶界扩散，和向铁素体晶粒内部扩散。另外，在离子渗氮开始阶段，此外，碳原子从表面被溅射出来，使晶界处于脱碳状态，明显阻碍了在原奥氏体晶界上形成碳氮化合物。这样氮原子也可以顺利地沿着无碳氮化合物的晶界扩散，因此扩散速度显著加快。
   渗氮温度和保温时间相同时等离子渗氮的渗层比气体渗氮深。见图1。特别当渗氮层在0.2㎜以下时，等离子渗氮能有效地缩短渗氮时间。以38CrMoAlA钢为例,如果要求渗层深度为0.5㎜，等离子渗氮需要20—30小时，气体渗氮则需要40—50小时，在渗层较浅的情况下，等离子渗氮得到0.2㎜渗氮层只要2—4小时，而气体渗氮则需要10小时。


        渗        0.8       
氮        等离子渗氮
              层   0.6
              深
              度  0.4
            （㎜）                     气体渗氮        30CrMoV9
                  0.2                                      500℃

                     0       10      20      30      40      50      60    70
        渗氮保温时间（小时）
                         图4  等离子渗氮和气体渗氮渗层厚度比较

2.3.2渗氮层组织容易控制，脆性小
等离子渗氮时可以通过调整气氛的成分就能控制零件表面生成的化合物组织和扩散层中的晶界碳氮化合物。
气体渗氮的渗层组织最外层是ε相（Fe2-3N）化合物，其内侧与γˊ相（Fe4N）不均匀连接，里面为扩散层。因此在化合物层内发生三向显微应力。如果在此应力上略加外力就会产生微小裂纹。此微裂纹逐渐扩展而使整个化合物剥落。烙、铝渗氮纲的氮化物层很脆，气体渗氮后需要把它磨去才能使用。等离子渗氮通过控制气氛中的氮和碳的含量，可以获得5—30μm厚脆性较小的ε单相层或者0—8μm厚韧性的γˊ单相化合物层，也可以得到韧性更优良的无化物层仅有扩散层的渗氮层。
采用不同含碳的渗氮气体，在强烈的溅射条件下进行等离子渗氮，即可抑制距表面80—150μm范围内扩散层中析出晶间碳氮化合物，从而降低了渗氮零件表面的脆性。起原因在于部分碳的溅射，表面附近区域贫碳阻止了晶间碳氮化合物的形成。
2.3.3变形小
等离子体渗氮时零件表面比较均匀地覆盖着辉光，电压降落主要集中在阴极附近，在高能粒子轰击下，零件各部位的升温速度一般比较均匀。调节电源的输出功率就能控制升温速度，使零件缓慢得均匀升温。采取一些一些温度均匀化的措施后可以在零件上获得比较均匀的渗氮层。等离子渗氮速度快，时间短，因此对于长轴类零件的弯曲变形，套类零件的孔径涨缩和椭圆度等变形，等离子渗氮都小于气体渗氮。
等离子渗后零件尺寸一般都稍有涨大，但是比气体渗氮的涨大量小。这是因为阴极溅射抵消了一部分由于氮的渗入引起的体积膨胀效应，在零件的棱角处，由于相邻两个面同时渗氮的结果产生了较其它部位更严重的尺寸膨胀，称为边缘突起。这对接触面承载能力有不良影响。由于存在阴极溅射，等离子渗氮产生的这种边缘突起要比气体渗氮小得多，并且可以通过强化阴极溅射，进一步减少边缘突起，获得比较理想的轮廓。
降低渗氮温度能显著减小渗氮零件的变形。等离子渗氮在350℃以上处理就有强化效果，采用低温等离子渗氮往往可以解决某些零件渗氮变形的难题。同时，低温等离子渗氮还具有保持零件足够高的心部强度，增强承载能力等特点。
2.3.4 渗氮前不需要任何去钝化处理，特别适用于不锈钢
不锈钢外表层是以氧化铬为主体的钝化膜。这层膜阻碍了氮原子的渗入，通常需要进行喷砂、酸洗并在渗氮炉内加入氯化铵才能进行气体渗氮。等离子渗氮是在残留氧极少的真空炉体内进行的。采用高纯度的渗氮气氛，就可以防止不锈钢表面产生新的氧化膜。通过辉光放电溅射效应和氢离子的还原作用，即可除去原有的钝化膜。所以无需在进行专门的预处理就可以进行等离子渗氮，从而显著地简化工序和节省预处理费用。
2.3.5容易实现局部渗氮
对要求局部渗氮的零件，只要再不需要渗氮的部位采用简单的钢铁材料覆盖或者堵塞的方法把辉光覆盖住，就能达到防止渗氮的目的。放渗用的工装夹具可以反复使用多次。成本低廉。省去了气体渗氮经常采用的镀锡、镀铜、用水玻璃和石棉混合物堵塞及在零件表面刷涂料覆盖，以及渗氮后的清洗工序。
2.3.6节约能源、成本低
等离子渗氮是通过高密度的辉光放电加热零件，电能利用率较高，与其它渗氮所用外热式装置相比，耗电量少。此外，等离子渗氮速度快，处理时间短，因此是一种节约能源的热处理技术。特别在没有设有隔热屏的等离子渗氮炉中，处理大型零件，装炉量多时节能更为显著。
某工厂用气体渗氮炉和离子渗氮炉处理柴油机四缸机曲轴，各5炉在生产中实测的能耗。平均值为：气体渗氮每炉平均装炉量28根，总重784公斤，耗电300度。等离子渗氮每炉平均装100根，总重2800公斤，耗电600度。每炉平均少耗电300度，节电30%，缩短生产周期1/2～2/3。每根曲轴的耗电量，气体渗氮曲轴每公斤耗电10.7度电，而等离子渗氮仅为6度电。
等离子渗氮是在几个毫米水银柱的负压下进行的，因此耗气量甚微，仅为气体渗氮的百分之一。每年节约液氨近20万元。
2.3.7没有污染
等离子渗氮气源采用氮和氢气或者用经过分解的氨气，所以根本不存在公害问题即使直接通入氨气，由于工作气压很低，用气量极小，也不必顾虑会产生公害。
渗氮气氛一般用氢稀释，但渗氮是在几百帕压力的真空炉内进行，即使由于某种原因在渗氮过程中进行进入空气也没有产生爆炸的危险。所以等离子渗氮没有必要对有毒气体和排水处理方面采取特别措施，与其它渗氮方法相比，既节省了防止污染的设施和花费，又显著改善了操作环境。
2.3.8等离子渗氮虽然具有以上一系列优点，但也存在以下不足之处
3.8.1设备比较复杂，价格比气体渗氮贵。
3.8.2对操作人员的技术要求较高，需要具有一定的真空、辉光放电原理、化学热处理等方面的专业知识和等离子渗氮炉实际操作经验。
3.8.3不同形状、尺寸零件混合装炉时，做到各零件温度一致比较困难。小型零件等离子渗氮的装炉量较小。对形状不规则难以放置的零件需要设计专用夹具。
3.8.4准确测定炉内零件温度还比较困难，目前，只能采用模拟测温，仪表控温达到±1℃—±3℃，炉内零件实际温度可控制在±10℃以内。