離子滲氮作為強(qiáng)化金屬表面的一種利用輝光放電現(xiàn)象，將含氮?dú)怏w電離后產(chǎn)生的氮離子轟擊零件表面加熱并進(jìn)行氮化，獲得表面滲氮層的離子化學(xué)熱處理工藝，廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等?！　‰x子滲氮又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進(jìn)行的。輝光放電是當(dāng)氣體越過電暈放電區(qū)后，若減小外電路電阻，或提高全電路電壓，繼續(xù)增加放電功率，放電電流將不斷上升。同時(shí)輝光逐漸擴(kuò)展到兩電極之間的整個(gè)放電空間，發(fā)光也越來越明亮。當(dāng)電子能f提高，也就是增強(qiáng)電場(chǎng)的操作參數(shù)，則能使電暈放電過渡到輝光放電?！　‰x子滲氮向工件表面滲入的氮原子，不是像一般氣體那樣由氨氣分解而產(chǎn)生的，而是被電場(chǎng)加速的粒子碰撞含氮?dú)怏w分子和原子而形成的離子在工件表面吸附、富集而形成的活性很高的氮原子?！　‰x子滲氮時(shí)，工件放在爐內(nèi)的陰極盤上，接上電源抽真空，當(dāng)爐內(nèi)壓力降到6Pa左右時(shí)，充入氨氣，使?fàn)t內(nèi)壓保持在1.3×102—1.3×103Pa范圍內(nèi)。由于爐內(nèi)壓力低，隨后又經(jīng)過加熱作用，進(jìn)入爐內(nèi)的氨氣將發(fā)生分解：2NH3=N2+3H2爐內(nèi)反應(yīng)所得到的氣體的體積分?jǐn)?shù)為25%N2和75%H2的低壓環(huán)境?！　≡谝院?dú)怏w的低真空爐體內(nèi)的條件下，氣源通常采用純氨，也可采用分解氨。把金屬工件作為陰極爐體為陽(yáng)極，在陰極(工件)與陽(yáng)極(爐體)之間加上高壓(300～900V)直流電源后，稀薄氣體被電離并產(chǎn)生輝光放電，形成氮、氫陽(yáng)離子，在陰陽(yáng)極之間形成等離子區(qū)。在等離子區(qū)強(qiáng)電場(chǎng)作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動(dòng)能轉(zhuǎn)變?yōu)闊崮?，加熱工件表面至所需溫度。氮、氫等正離子在電場(chǎng)的加速下轟擊零件表面，產(chǎn)生很大熱量以加熱零件，同時(shí)使部分鐵原子濺射出來與氮結(jié)合生成FeN由于離子的轟擊，工件表面產(chǎn)生原子濺射，因而得到凈化，同時(shí)由于吸附和擴(kuò)散作用，繼而分解出活性氮原子向工件內(nèi)部擴(kuò)散而形成氮化層。其在工件表面形成滲氮層，主要有能量轉(zhuǎn)換、陰極濺射、凝附等具體過程的發(fā)生。

　　在工件表面同時(shí)滲入氮、碳元素的工藝過程，稱為氮碳共滲。該工藝可在氣體、液體、固體等多種介質(zhì)中進(jìn)行。　　氮碳共滲是在液體滲氮基體上發(fā)展起來，所用鹽浴是劇毒的氰鹽。為了提高鹽浴活性，促使?jié)B氮和滲碳過程加速，通入空氣或氧氣，即產(chǎn)生氧化過程加大氮和碳原子的活性。由于氰鹽引起嚴(yán)重公害，又發(fā)展為加尿素為主要成分的氮碳共滲，雖然不用劇毒氰鹽，但鹽浴仍有氰酸根，且使用過程鹽浴成分不穩(wěn)定，因而液體氮碳共滲工藝的應(yīng)用受到限。氣體氮碳共滲工藝由于其處理溫度低（一般500－600℃），以滲氮為主、滲碳為輔，同時(shí)滲后的性能比單一滲氮或滲碳更理想，因而使用較廣泛?！　B氮或氮碳共滲改變組織狀態(tài)，因而也改變鋼鐵材料在靜載荷和交變應(yīng)力下的強(qiáng)度性能、摩擦性、成形性及腐蝕性。當(dāng)處理溫度低于600℃時(shí)，就不會(huì)象奧氏體淬火那樣發(fā)生組織轉(zhuǎn)變，以致可以以任意速度進(jìn)行冷卻，而不出現(xiàn)馬氏體。與淬火相比較，滲氮件和工具的尺寸和形狀變化是微小的。因而可簡(jiǎn)化或完全取消后加工處理，此外，能量消耗比其他熱處理稍小。在所有工業(yè)領(lǐng)域中，應(yīng)用滲氮或氮碳共滲提高強(qiáng)度、抗磨損和抗腐蝕性能，已在技術(shù)上獲得廣泛應(yīng)用?！　怏w氮碳共滲法根據(jù)使用化學(xué)介質(zhì)與工藝方法特點(diǎn)有　　混合氣體氮碳共滲法——使用吸熱型（RX）氣體與氨氣或放熱型（DX）與氨氣；　　尿素?zé)岱纸獾脊矟B法；　　含碳和氮有機(jī)溶劑滴入法——使用三乙醇胺（或甲酰胺、或乙二胺）；　　含氧氣氛的氣體氮碳共滲法。　　氮碳共滲組織由化合物層和擴(kuò)散層組成。一般，化合物層厚度約2～25μm?！　?．化合物層　　氮碳共滲層外層在硝酸酒精腐蝕以后發(fā)亮，幾乎看不出組織。其組成相將隨鋼種而變?！　√间撝谢衔飳邮怯蒄e2~3N、FexCyNz、Fe4N和Fe3C相組成，而合金鋼中化合物層是含Cr、Mo、AI等氮化物和合金氮碳化合物組成?！　?．?dāng)U散層　　連接在化合物層下的是氮碳共滲層的其余部分，大多呈界限清晰的明顯過渡形式，其組成也隨鋼種而變　　碳鋼中擴(kuò)散層是由α-Fe、Fe4N、Fe3(CN)組成，而合金鋼除α-Fe、Fe4N外，還由合金氮化物（如AlN、CrN、MoN等）與(FeMe)3(N、C)組成?！　?.性能　　間隙進(jìn)入晶格的氮和化合生成氮化物及氮碳化臺(tái)物的氮有提高硬度的作用。形成氮化物的合金元素含量越多、硬度增加越高。同時(shí)硬度隨由外向內(nèi)不斷降低的氮含量而變化?！　√间摶衔飳拥挠捕燃s為HV700～900，而合金鋼約HV1000～1500?！　〉脊矟B層有較高的抗拉強(qiáng)度和屈服強(qiáng)度及疲勞強(qiáng)度，但斷面收縮率、延伸率及沖擊韌性明顯降低。這表明表層起脆性作用。

　　QPQ處理，它是Quench－Polish－Quench的縮寫形式。是指將黑色金屬零件放入兩種性質(zhì)不同的鹽浴中，通過多種元素滲入金屬表面形成復(fù)合滲層，從而達(dá)到使零件表面改性的目的。它沒有經(jīng)過淬火，但達(dá)到了表面淬火的效果，因此國(guó)外稱之為QPQ。國(guó)內(nèi)稱之為“氮碳氧復(fù)合處理技術(shù)”?！　∧壳?，QPQ表面改性技術(shù)在國(guó)內(nèi)也得到大量推廣應(yīng)用，尤其在汽車、摩托車、紡機(jī)、機(jī)床、電器開關(guān)、工模具上使用效果非常突出。其具體的特點(diǎn)如下：　　1良好的耐磨性、耐疲勞性能　　該工藝能較大地提高各種黑色金屬零件表面的硬度和耐磨性，降低摩擦系數(shù)。產(chǎn)品經(jīng)過QPQ處理后，耐磨性比常規(guī)淬火、高頻淬火高16倍以上，比20#鋼滲碳淬火高9倍以上，比鍍硬鉻和離子氮化高2倍以上?！　∑谠囼?yàn)表明：該工藝可使中碳鋼的疲勞強(qiáng)度提高40%以上，比離子氮化，氣體氮化效果均好。該工藝特別適合于形狀復(fù)雜的零件，解決技術(shù)關(guān)鍵，讓變形難題迎刃而解?！　?良好的抗腐蝕性能　　對(duì)幾種不同材料、不同工藝處理的樣品按同樣的試驗(yàn)條件，按ASTMBll7標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行了連續(xù)噴霧試驗(yàn)，鹽霧試驗(yàn)溫度35±2℃，相對(duì)濕度>95%，5%NaCL水溶液噴霧。試驗(yàn)結(jié)果表明，經(jīng)QPQ處理后的零件抗蝕性是1Crl8Ni9Ti不銹鋼的5倍，是鍍硬鉻的70倍，是發(fā)黑的280倍?！　?產(chǎn)品處理以后變形小　　工件經(jīng)QPQ處理處理之后幾乎沒有變形產(chǎn)生，可以有效的解決常規(guī)熱處理方法難以解決的硬化變形難題。例如：尺寸為510×460×1.5mm的2Cr13不銹鋼薄板經(jīng)QPQ處理之后，表面硬大于HRC60，不平度小于0.5mm。目前，QPQ技術(shù)在眾多得軸類零件、細(xì)長(zhǎng)桿件上應(yīng)用得非常成功，有效的解決了一直以來存在的熱處理硬化和產(chǎn)品變形的矛盾。　　4可以代替多道熱處理工序和防腐蝕處理工序，時(shí)間周期短　　工件經(jīng)QPQ處理后，在提高其硬度和耐磨性的基礎(chǔ)上同時(shí)提高其抗腐蝕能力，并且形成黑色、漂亮的外觀，可以代替常規(guī)的淬火一回火一發(fā)黑（鍍鉻）等多道工序，縮短生產(chǎn)周期，降低生產(chǎn)成本。大量的生產(chǎn)數(shù)據(jù)表明，QPQ處理與滲碳淬火相比可以節(jié)能50%，比鍍硬鉻節(jié)約成本30%，性價(jià)比高。　　5無公害水平高、無環(huán)境污染　　QPQ處理工藝過程經(jīng)有關(guān)環(huán)保部門檢測(cè)鑒定，并經(jīng)全國(guó)各地用戶的實(shí)際使用證明，各種有害物質(zhì)排放量均低于國(guó)家排放標(biāo)準(zhǔn)允許值。由于技術(shù)先進(jìn)，質(zhì)量穩(wěn)定，QPQ技術(shù)應(yīng)用的產(chǎn)品有數(shù)百種之多，已在全國(guó)各地建立了多條生產(chǎn)線?！　?QPQ技術(shù)適用材料的范圍廣泛　　該工藝對(duì)所有黑色金屬材料均適用，從純鐵、低碳鋼、結(jié)構(gòu)鋼、工具鋼到各種高合金鋼、不銹鋼、鑄鐵以及鐵基粉末冶金件。

　　滲氮，是在一定溫度下一定介質(zhì)中使氮原子滲入工件表層的化學(xué)熱處理工藝。常見有液體滲氮、氣體滲氮、離子滲氮。傳統(tǒng)的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動(dòng)的氨氣并加熱，保溫較長(zhǎng)時(shí)間后，氨氣熱分解產(chǎn)生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，并擴(kuò)散滲入工件表層內(nèi)，從而改變表層的化學(xué)成分和組織，獲得優(yōu)良的表面性能。如果在滲氮過程中同時(shí)滲入碳以促進(jìn)氮的擴(kuò)散，則稱為氮碳共滲。常用的是氣體滲氮和離子滲氮?！　〉蜏氐脊矟B又稱軟氮化,即在鐵-氮共析轉(zhuǎn)變溫度以下，使工件表面在主要滲入氮的同時(shí)也滲入碳。碳滲入后形成的微細(xì)碳化物能促進(jìn)氮的擴(kuò)散，加快高氮化合物的形成。這些高氮化合物反過來又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促進(jìn)便加快了滲入速度。此外，碳在氮化物中還能降低脆性。氮碳共滲后得到的化合物層韌性好，硬度高，耐磨，耐蝕，抗咬合。　　常用的氮碳共滲方法有液體法和氣體法。處理溫度530～570℃，保溫時(shí)間1～3小時(shí)。早期的液體鹽浴用氰鹽，以后又出現(xiàn)多種鹽浴配方。常用的有兩種：中性鹽通氨氣和以尿素加碳酸鹽為主的鹽，但這些反應(yīng)產(chǎn)物仍有毒。氣體介質(zhì)主要有：吸熱式或放熱式氣體（見可控氣氛）加氨氣；尿素?zé)岱纸鈿?；滴注含碳、氮的有機(jī)溶劑，如甲酰胺、三乙醇胺等?！　∏杌痗yaniding，指高溫碳氮共滲（早期的碳氮共滲是在有毒的氰鹽浴中進(jìn)行）。由于溫度比較高，碳原子擴(kuò)散能力很強(qiáng)，所以以滲碳為主,形成含氮的高碳奧氏體，淬火后得到含氮高碳馬氏體。由于氮的滲入促進(jìn)碳的滲入,使共滲速度較快，保溫4～6h可得到0.5～0.8mm的滲層，同時(shí)由于氮的滲入，提高了過冷奧氏體的穩(wěn)定性，加上共滲溫度比較低，奧氏體晶粒不會(huì)粗大，所以鋼件碳氮共滲后可直接淬油，滲層組織為細(xì)針狀的含氮馬氏體加碳氮化合物和少量殘余奧氏體。碳氮共滲層比滲碳層有更高的硬度、耐磨性、抗蝕性、彎曲強(qiáng)度和接觸疲勞強(qiáng)度。但一般碳氮共滲層比滲碳層淺，所以一般用于承受載荷較輕，要求高耐磨性的零件。　　氮碳共滲不僅能提高工件的疲勞壽命、耐磨性、抗腐蝕和抗咬合能力，而且使用設(shè)備簡(jiǎn)單，投資少，易操作，時(shí)間短和工件畸變小，有時(shí)還能給工件以美觀的外表。

　　離子滲氮作為強(qiáng)化金屬表面的一種利用輝光放電現(xiàn)象，將含氮?dú)怏w電離后產(chǎn)生的氮離子轟擊零件表面加熱并進(jìn)行氮化，獲得表面滲氮層的離子化學(xué)熱處理工藝，廣泛適用于鑄鐵、碳鋼、合金鋼、不銹鋼及鈦合金等。零件經(jīng)離子滲氮處理后，可顯著提高材料表面的硬度，使其具有高的耐磨性、疲勞強(qiáng)度，抗蝕能力及抗燒傷性等。　　離子氮化作為七十年代興起的一種新型滲氮方法與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點(diǎn)是：　　1）滲氮速度較快，可適當(dāng)縮短滲氮周期，離子氮化時(shí)間短，能縮短到氣體氮化時(shí)間的1/3～2/3。。　　2）滲氮層脆性小，離子氮化表面形成的白層很薄，甚至沒有，另外引起的變形小，特別適宜于形狀復(fù)雜的精密零件?！　?）可節(jié)約能源和氨的消耗量，電能消耗為氣體氮化的1/2～1/5，氨氣消耗為氣體氮化的1/5～1/20。　　4）易于實(shí)現(xiàn)局部氮化，只要設(shè)法使不欲氮化的部分不產(chǎn)生輝光即可，非滲氮部位便于保護(hù)，采用機(jī)械屏蔽、用鐵板隔斷輝光，即可保護(hù)?！　?）離子轟擊有凈化表面作用，自動(dòng)去除鈍化膜，不銹鋼、耐熱鋼材料無需預(yù)先去除鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮?！　?）化合物層結(jié)構(gòu)、滲層厚度和組織可以控制?！　?）處理溫度范圍較寬，即使在350℃以下也能獲得一定厚度的滲氮層?！　?)勞動(dòng)條件有所改善，無公害、離子滲氮處理在很低的壓力下進(jìn)行，排出的廢氣較少。氣源為氮?dú)狻錃夂桶睔?，基本上無有害物質(zhì)產(chǎn)生。　　9）可以適用于各種材料，包括要求氮化溫度高的不銹鋼、耐熱鋼，以及氮化溫度較低的工模具(工具鋼)和精密零件，而低溫氮化對(duì)氣體氮化來說是相當(dāng)困難的。