離子滲氮前沿進(jìn)展

離子滲氮技術(shù)的前沿進(jìn)展姓名：劉成松主要內(nèi)容12離子滲氮的基本原理離子滲氮的發(fā)展趨勢(shì)1離子滲氮的基本原理：濺射和沉積理論滲氮層的形成：反應(yīng)陰極濺射。詳細(xì)過(guò)程：滲氮爐中,稀薄氣體在陰極、陽(yáng)極間的直流高壓下形成等離子體，N+、H+、NH3+等正離子轟擊陰極工件表面，轟擊的能量可加熱陰極，工件發(fā)生二次電子發(fā)射，同時(shí)陰極濺射，從工件上打出C、O、Fe等。Fe與陰極附近活性氮原子形成FeN，又沉積到工件陰極表面，F(xiàn)eN分解，F(xiàn)eN-Fe2N-Fe3N-Fe4N，分解出的氮原子大部分滲入工件表面內(nèi)，一部分返回到離子區(qū)。充入含氮?dú)怏w氣體電離離子轟擊N工件表面（陰極）濺射NFeFe、N化合生成FeNNNFeN沉積FeN分解N沉積Fe3N分解Fe2N分解N沉積N沉積生成氮化層2離子滲氮技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)2.1多元共滲技術(shù)

為了提高碳鋼和鑄鐵的硬度和耐磨性，降低脆性和減小變形，發(fā)展了以離子滲氮為主的多元滲技術(shù)，如S-N-C共滲層可以明顯改善耐磨性和抗膠合能力;O-N-C共滲層可提高耐蝕性和摩擦磨損時(shí)的承載能力。2.2離子滲氮輔助復(fù)合處理2.2.1滲氮氧化處理滲氮氧化處理技術(shù)是由英國(guó)盧卡斯公司所開發(fā)，并己大量應(yīng)用于汽車、航空、航天等機(jī)械制造方面。滲氮氧化處理是從滲氮、氧化和防腐蝕三個(gè)詞合成的新詞匯，它是從滲氮的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的技術(shù)。其處理過(guò)程是在軟氮化處理到快結(jié)束時(shí)，短時(shí)間地提高溫度進(jìn)行氧化處理(可在工件表面形成一層Fe3O4的薄膜)，接著在油水混合液(乳蝕液)中急冷，然后浸蠟干燥。經(jīng)此處理后零件表面形成一層具有高硬度、強(qiáng)耐腐蝕性之復(fù)合效果的保護(hù)膜，其耐蝕性能可超過(guò)鍍硬鉻處理者，并解決了QPQ技術(shù)對(duì)環(huán)境污染的問(wèn)題。

2.2.2離子滲氮十淬火零件經(jīng)滲氮處理后，表面獲得以含氮為主的化合物層和擴(kuò)散層；再把零件重新加熱到奧氏體狀態(tài)，滲層中的氮碳化合物發(fā)生分解，氮向縱深擴(kuò)散溶入奧氏體，淬火后表面得到一層極細(xì)小的含氮馬氏體，它比單純淬火后所得到的不含氮的馬氏體要細(xì)小得多;同時(shí)，由于氮向心部擴(kuò)散，濃度梯度趨于平緩，從而使零件在具有良好的心部力學(xué)性能的同時(shí)，也獲得了較高的表面硬度、耐磨和疲勞強(qiáng)度。滲氮或氮碳共滲后增加一道淬火處理，使表面層組織發(fā)生變化，可使零件得到更有效的強(qiáng)化，氮碳共滲的工藝效果得到更充分的發(fā)揮。這種復(fù)合強(qiáng)化工藝適合于碳素結(jié)構(gòu)鋼、合金結(jié)構(gòu)鋼所制成的零件，尤其是前者。

2.2.3離子滲氮/薄膜復(fù)合工藝在表面復(fù)合處理技術(shù)中，將離子滲氮與薄膜技術(shù)結(jié)合起來(lái)對(duì)鋼進(jìn)行表面處理，可進(jìn)一步改善材料的摩擦學(xué)性能，從而提高其承載能力。由于滲氮后的鋼表面有較深的硬化層(>0.3mm)，具有一定的硬度、耐磨性和殘余壓應(yīng)力，構(gòu)成了TIN、CrN等超硬薄膜的理想支承體，其承載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)單一超硬薄膜或氮化物層。同時(shí)，因?yàn)樵黾恿擞不瘜拥目偤穸?，減小了從TIN、CrN表面到鋼基體之間的硬度梯度，使得材料表面的耐腐蝕性、耐磨性、滾動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度以及TIN，CrN層的附著性能都大為提高。由于疏松層已去除，其亞表面也不易產(chǎn)生裂紋源，從而使接觸疲勞強(qiáng)度有所提高。2.3ASPN技術(shù)活性屏離子滲氮(ASPN)是在真空室內(nèi)安裝一個(gè)與陰極高壓相接的金屬網(wǎng)狀圓筒作為活性屏，工件置于活性屏內(nèi)通過(guò)氣體離子轟擊活性屏，并使其加熱活，再通過(guò)活性屏的熱輻射將工件加熱到滲氮溫度在滲氮過(guò)程中，工件被活性屏包圍著處于電懸浮狀態(tài)，離子轟擊活性屏而不轟擊工件表面，從而解決了直流離子滲氮技術(shù)存在的邊緣效應(yīng)空心陰極效應(yīng)打弧等問(wèn)題利用活性屏離子滲氮技術(shù)可以處理不同形狀的工件，能方便地測(cè)量工件的溫度，能處理奧氏體不銹鋼等較難滲氮的材料。2.4空心陰極輔助離子滲氮技術(shù)研究空心陰極輔助離子滲氮技術(shù)可有效地對(duì)樣品進(jìn)行滲氮，避免弧光的產(chǎn)生而破壞表面光潔度，滲氮可以在壓力很小的情況下進(jìn)行，減小了氨氣的使用量與尾氣排放量，節(jié)省能源，減小污染。2.5快速離子滲氮技術(shù)常規(guī)離子滲氮DN（零件滲氮層深度）0.6mm，而0.8～1.2mm的深層離子滲氮，需要發(fā)展快速離子滲氮技術(shù)真空高壓滲氮可以實(shí)現(xiàn)38CrMoAl保溫時(shí)期的滲速達(dá)到0.03～0.04mm/h，40Cr保溫時(shí)期的滲速可提高至0.06～0.08mm/h稀土催滲循環(huán)