離子滲氮速度為何比氣體滲氮速度快得多？

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發(fā)布時間：2018-06-23 15:35
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離子滲氮速度為何比氣體滲氮速度快得多？

【概要描述】離子滲氮可以大大縮短滲氮時間，特別是淺層滲氮時其效果更為明顯，例如滲氮層深度在0.3～0.5mm時，離子滲氮所需時間僅為普通氣體滲氮時間的1/3～1/5?！　∧壳埃瑢﹄x子滲氮滲速快的原因，有以下一些解釋和分析：　　一種觀點認為，離子轟擊陰極時，N+在陰極位降區(qū)被加速，使之具有很高的能量。例如，當電壓為800V時，離子能量相當于520℃氣體滲氮時的游離氮原子能量的3000倍。這種高能離子沖擊陰極工件

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詳情

　　離子滲氮可以大大縮短滲氮時間，特別是淺層滲氮時其效果更為明顯，例如滲氮層深度在0.3～0.5mm時，離子滲氮所需時間僅為普通氣體滲氮時間的1/3～1/5。

　　目前，對離子滲氮滲速快的原因，有以下一些解釋和分析：

　　一種觀點認為，離子轟擊陰極時，N+在陰極位降區(qū)被加速，使之具有很高的能量。例如，當電壓為800V時，離子能量相當于520℃氣體滲氮時的游離氮原子能量的3000倍。這種高能離子沖擊陰極工件表面，將產(chǎn)生一系列物理和化學(xué)現(xiàn)象，這些現(xiàn)象對離子滲氮起著重要作用。例如產(chǎn)生二次電子發(fā)射、陰極濺射、陰極被加熱、氣體的解析與分解、表面晶格變形等，并在金屬表面形成深度約為0.05mm左右的密度很高的位錯缺陷，正是這一薄層位錯的形成對氮的擴散起了重要作用。這是因為，在滲氮過程中，表面形成的幾個至十幾個微米厚的ε相或γ‘相化合物層，將阻礙氮向金屬內(nèi)部的擴散（氮在ε相中的擴散速度比在α相中慢60倍，在γ’相中的擴散速度比在α相中慢25.5倍）。離子滲氮時，由于離子沖擊作用，使ε相和γ‘相層中產(chǎn)生了大量與表面垂直的位錯管道，這種位錯管道有利于氮的擴散。只要ε相和γ’相層厚度不超過這種位錯影響區(qū)的厚度，這種有利作用總是存在的。

　　另一種觀點認為，離子滲氮加速氮原子擴散的原因是由于離子滲氮時，金屬表面的活性氮原子濃度高于氣體滲氮，而且氮原子的擴散路徑也與氣體滲氮有所不同。氣體滲氮初期是沿晶界擴散為主，但由于晶界上有較多的碳化物，在氮擴散過程中形成碳氮化物，阻礙了氮的進一步擴散。而在離子滲氮的情況下，除了晶界擴散外，還有晶內(nèi)擴散，在晶界內(nèi)碳化物較少，且擴散面積較大，不易引起碳氮化物的阻塞作用，因此加速了氮的擴散過程。

　　此外，陰極濺射和氫的還原作用，使表面的氧化物和碳化物被濺射或還原，從而得到活性很高的潔凈表面，使?jié)B氮反應(yīng)更加活躍，這對高中碳鋼和不銹鋼的滲氮具有重要作用。

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