離子氮化爐設(shè)備的原理及優(yōu)點(diǎn)

離子氮化是一種強(qiáng)化金屬表面的離子化學(xué)熱處理工藝，利用輝光放電現(xiàn)象，通過轟擊含氮?dú)怏w電離后產(chǎn)生的氮離子，對零件表面進(jìn)行加熱和氮化，從而獲得表面氮化層。廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼和鈦合金。離子滲氮處理后，材料表面的硬度可以顯著提高，使其具有較高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、耐腐蝕性和耐燃燒性。

離子氮化，也稱為輝光氮化，是利用輝光放電原理進(jìn)行的。離子氮化爐設(shè)備輝光放電是指當(dāng)氣體穿過電暈放電區(qū)域時(shí)，如果外部電路的電阻降低，或者整個(gè)電路的電壓升高，放電功率繼續(xù)增加，放電電流將繼續(xù)上升。同時(shí)，輝光逐漸延伸到兩個(gè)電極之間的整個(gè)放電空間，發(fā)光變得越來越亮。當(dāng)電子能量f增加，即電場的操作參數(shù)增加時(shí)，電暈放電可以轉(zhuǎn)變?yōu)檩x光放電。

離子氮化爐設(shè)備通過離子滲氮滲入工件表面的氮原子不像普通氣體那樣通過氨分解產(chǎn)生，而是由被電場加速的粒子與含氮?dú)怏w分子和原子碰撞而吸附并富集在工件表面的離子形成的高活性氮原子。

在離子滲氮過程中，工件被放置在爐內(nèi)的陰極板上，連接電源進(jìn)行真空泵送，當(dāng)爐內(nèi)壓力降至約6Pa時(shí)，填充氨氣以保持爐內(nèi)壓力在1.3×102-1.3×10a以內(nèi)。由于爐內(nèi)的低壓和隨后的加熱，進(jìn)入爐內(nèi)的氨氣將被分解：2NH3=N2+3H2.在低壓環(huán)境下，爐內(nèi)反應(yīng)產(chǎn)生的氣體的體積分?jǐn)?shù)為25/100N2和75/100H2.

離子氮化爐設(shè)備工藝的優(yōu)點(diǎn)：

① 由于離子滲氮不依賴化學(xué)反應(yīng)，而是使用電離含氮?dú)怏w進(jìn)行滲氮處理，因此工作環(huán)境非常清潔，無需特殊設(shè)備來防止公共危害。因此，離子氮化法也被稱為21世紀(jì)的“綠色”氮化法。

② 由于離子氮化法利用了電離氣體的濺射效應(yīng)，與之前的氮化處理相比，可以顯著縮短處理時(shí)間(離子氮化的時(shí)間僅為普通氣體氮化的1/3～1/5)。

③ 由于離子氮化法使用輝光放電直接加熱工件，因此也不需要特殊的加熱和絕緣設(shè)備，可以獲得均勻的溫度分布。與間接加熱法相比，加熱效率可提高2倍以上，達(dá)到節(jié)能效果(能耗僅為氣體氮化的40~70%)。

④ 由于離子滲氮是在真空中進(jìn)行的，因此它可以獲得非氧化加工表面，而不會損壞被處理工件的表面光潔度。而且因?yàn)槭窃诘蜏叵录庸さ?，加工后的工件變形很小，所以加工后不需要進(jìn)一步加工，非常適合成品的加工。

⑤ 通過調(diào)節(jié)氮、氫和其他(如碳、氧、硫等)氣氛的比例，可以自由調(diào)節(jié)化合物層的相組成以獲得預(yù)期的機(jī)械性能。

⑥ 離子氮化可在380℃下進(jìn)行。此外，鈦等特殊材料也可以在850℃下氮化，因此應(yīng)用范圍非常廣泛。

⑦ 由于離子滲氮是在低壓下通過離子注入進(jìn)行的，氣體消耗非常小(僅為氣體滲氮的百分之幾)，這可以大大降低處理成本。