氮化处理的液体氮化

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液体软氮化主要不同是在氮化层里之有Fe3Nε相 ，Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物
，ξ相化合物硬脆在氮化处理上是不良于韧性的氮化物，液体软氮化的方法是将被处理工件 ，先除锈，脱脂
，预热后再置于氮化坩埚内，坩埚内是以TF – 1为主盐剂 ，被加温到560～600℃处理数分至数小时
，依工件所受外力负荷大小，而决定氮化层深度 ，在处理中
，必须在坩埚底部通入一支空气管以一定量之空气氮化盐剂分解为CN或CNO，渗透扩散至工作表面 ，使工件表面最外层化合物8～9%wt的N及少量的C及扩散层
，氮原子扩散入α – Fe基地中使钢件更具耐疲劳性，氮化期间由于CNO之分解消耗 ，所以不断要在6～8小时处理中化验盐剂成份
，以便调整空气量或加入新的盐剂
。

液体软氮化处理用的材料为铁金属，氮化后的表面硬度以含有 Al ，Cr，Mo
，Ti元素者硬度较高，而其含金量愈多而氮化深度愈浅 ，如炭素钢Hv 350～650
，不锈钢Hv 1000～1200，氮化钢Hv 800～1100。

液体软氮化适用于耐磨及耐疲劳等汽车零件 ，缝衣机、照相机等如气缸套处理
，气门阀处理 、活塞筒处理及不易变形的模具处 。采用液体软氮化的国家，西欧各国
、美国、苏俄 、日本
。

一
、氮化的机理

氮化是将工件放入大量活性氮原子的介质中 ，在一定温度与压力下
，把氮原子渗入钢件表面，形成富氮硬化层的热处理。

二、氮化的作用

1 、氮化能使零件表面有更高的硬度和耐磨性 。例如用38CrMoAlA钢制作的零件经氮化处理后表面的硬度可达HV=950—1200 ，相当于HRC=65—72
，而且氮化后的高强度和高耐磨性保持到500—600℃，不会发生显著的改变。

2、能提高抗疲劳能力
。由于氮化层内形成了更大的压应力 ，因此在交变载荷作用下，零件表现出具有更高的疲劳极限和较低的缺口敏感性
，氮化后工件的疲劳极限可提高15—35%。

3
、提高工件抗腐蚀能力，由于氮化使工件表面形成一层致密的、化学稳定性较高的ε相层 ，在水蒸气中及碱性溶液中具有高的抗腐蚀性
，此种氮化法又简单又经济，可以代替镀锌 、发蓝 ，以及其它化学镀层处理 。此外
，有些模具经过氮化，不但可以提高耐磨性和抗腐性 ，还能减少模具与零件的粘合现象
，延长模具的工作寿命
。

二
、氮化的实现方法

1、气体氮化

气体氮化是将工件放入一个密封空间内，通入氨气 ，加热到500-580℃保温几个小时到几十个小时。氨气在400℃以上将发生如下分解反应：2NH3—→3H2+2[N]
，从而炉内就有大量活性氮原子，活性氮原子[N]被钢表面吸收 ，并向内部扩散，从而形成了氮化层 。

以提高硬度和耐磨性的氮化通常渗氮温度为500—520℃
。停留时间取决于渗氮层所需要的厚度
，一般以0.01mm/h计算。因此为获得0.25—0.65mm的厚度，所需要的时间约为20—60h 。提高渗氮温度 ，虽然可以加速渗氮过程
，但会使氮化物聚集 、粗化，从而使零件表面层的硬度降低
。

对于提高硬度和耐磨性的氮化 ，在氮化时必须采用含Mo
、A、V等元素的合金钢
，如38CrMoAlA 、38CrMoAA等钢。这些钢经氮很后，在氮化层中含有各种合金氮化物 ，如：AlN
、CrN、MoN 、VN等 。这些氮化物具有很高的硬度和稳定性
，并且均匀弥散地分布于钢中，使钢的氮化层具有很高的硬度和耐磨性
。Cr还能提高钢的淬透性 ，使大型零件在氮化前调质时能得到均匀的机械性能。Mo还能细化晶粒
，并降低钢的第二类回火脆性 。如果用普通碳钢，在氮化层中形成纯氮化铁 ，当加热到较高温度时，易于分解聚集粗化
，不能获得高硬度和高耐磨性。

抗腐蚀氮化温度一般在600—700℃之间，分解率大致在40—70%范围 ，停留时间由15分钟到4小时不等
，深度一般不超过0.05m m
。对于抗腐蚀的氮化用钢，可应用任何钢种 ，都能获得良好的效果。

2
、液体氮化

液体氮化它是一种较新的化学热处理工艺
，温度不超过570℃，处理时间短 ，仅1—3h；而且不要专用钢材
，试验表明：40Cr经液体氮化处理比一般淬火回火后的抗磨能力提高50％；铸铁经液体氮化处理其抗磨能力提高更多 。不仅如此，实践证明：经过液体氮化处理的零件 ，在耐疲劳性、耐腐蚀性等方面都有不同程度的提高；高速钢刀具经液体氮化处理
，一般能提高使用寿命20—200%；3Cr2W8V压铸模经液体氮化处理后，可提高使用寿命3—5倍
。液体氮化表层硬而不脆 ，并且具有一定的韧性，不容易发生剥落现象。

但是
，液体氮化也有缺点：如它的氮化表层中的氮铁化合物层厚度比较薄，仅仅只有0.01—0.02mm 。国外多采用氰化盐作原料液体氮化 ，国内已改用无毒原料液体氮化
。我国无毒液体氮化的配方是：尿素40%
，碳酸钠30% 、氯化钾20%，氢氧化钾10%(混合盐溶点为340℃左右)。液体氮化虽然有很多优点 ，但由于溶盐反应有毒性
，影响操作人员身体健康，废盐也不好处理 。因此 ，与用越来越受到限制
。

3、离子氮化

离子氮化又叫“辉光离子氮化
”是最近起来的一种热处理工艺
，它具有生产周期短，零件表面硬度高 ，能控制氮化层脆性等优点。因而
，近几年来国内发展迅速，使用范围很广 。

辉光离子氮化的基本原理：

辉光离子氮化是将零件放到离子氮化的真空室内 ，氮化的零件接高压直流电源的阴极(负极)，电炉外壳接直流高压电源的阳极(正极)
，当向真空容器内充入氨气，但容器内压强保持200-1000PA之间 ，在阴极和阳极间加800—1000伏直流电压
，氨气就会电离，这种气体经电离作用后 ，产生带正电的氮阳离子[N+]和带负电的阴离子[N-]
，形成了一个等离子区
。在等离子区内，氮的正离子在高压电场加速下 ，快速冲向阴极
，轰击清洗需氮化的零件表面，将动能转变为热能 ，还由于氮离子转变成氮原子时
，又放出大量的热能并发出很亮的淡紫色光，另外电压降落在工件附近时也产生热量 ，这三种热量将零件加热到需要氮化温度。

在这种温度下，氮离子与零件金属表面发生化学反应
，氮原子渗入到零件表面并扩散到内部，形成了氮化层 。

辉光离子氮化的特点：

（1）
、表面加热速度快 ，可缩短加热及冷却时间
，到十分之一至十二分之一。而且除处理表面加热外其余部分均处在低温(100℃左右)状态，既节约了加热功率又减少零件的变形
。

（2）、扩散过程快 ，在高压电场作用下
，由于氮化原子的运动速度比气体氮化快许多倍，渗入速度更快 ，一般只需要3—10h。

（3） 、氮化层韧性好
，具有高抗疲劳和高抗磨性能，氮化层脆性白色ε相(Fe2N)控制在0—0.2mm范围 ，从而免去氮化零件的磨削加工 。

表面硬度高达HV900(HRC64)
，氮化层深度可掌握在0.09—0.87mm
。

四
、各种氮化法的成本分析

1、盐浴氮化炉结构简单，价格低 ，操作工艺很容易掌握，氮化成本也低
，但氮化质量不高，废弃物有污染 ，通常很少采用。

2 、气体氮化炉构复杂
，价格稍高，操作相比而言稍有难度 ，但氮化质量好
，可以达到很深的渗层与较高的硬度，但需要较长的时间 ，氨气的用量也很高

3
、离子氮化炉生产制造工艺要求很高
，所用材料也很讲究，电气控制技术含量很高 ，对操作人员的整体要求高
，但氮化质量最好，渗入速度快 ，氮化成本低于气体氮化，是很好的发展趋势 。

以一次性装炉量在400公斤为例：初步投资别如下

盐浴氮化炉投资在贰万元左右

气体氮化炉在肆万元左右

离子氮化要在玖万元左右

达到同样的渗层
，离子氮化的成本约为气体氮化的60%（由于盐浴氮化很难达到气体氮化与离子氮化的渗层，所以不能比较它们的运行成本）

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