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氮化處理

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氮化處理

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　　氮化處理是指一種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。經(jīng)氮化處理的制品具有**的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫的特性。

　　氣體氮化

　　氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所發(fā)表，將工件置于爐內(nèi)，利NH3氣直接輸進(jìn)500～550℃的氮化爐內(nèi)，保持20～100小時(shí)，使NH3氣分解為原子狀態(tài)的(N)氣與(H)氣而進(jìn)行滲氮處理，在使鋼的表面產(chǎn)生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的，其厚度約為0.02～0.02m/m，其性質(zhì)極硬Hv 1000～1200，又極脆，NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變，流量愈大則分解度愈低，流量愈小則分解率愈高，溫度愈高分解率愈高，溫度愈低分解率亦愈低，NH3氣在570℃時(shí)經(jīng)熱分解如下：

　　NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2

　　經(jīng)分解出來的N，隨而擴(kuò)散進(jìn)入鋼的表面形成。相的Fe2 - 3N氣體滲氮，一般缺點(diǎn)為硬化層薄而氮化處理時(shí)間長。

　　氣體氮化因分解NH3進(jìn)行滲氮效率低，故一般均固定選用適用于氮化之鋼種，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否則氮化幾無法進(jìn)行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強(qiáng)韌化處理又稱調(diào)質(zhì)因Al，Cr，Mo等皆為提高變態(tài)點(diǎn)溫度之元素，故淬火溫度高，回火溫度亦較普通之構(gòu)造用合金鋼高，此乃在氮化溫度長時(shí)間加熱之間，發(fā)生回火脆性，故預(yù)先施以調(diào)質(zhì)強(qiáng)韌化處理。NH3氣體氮化，因?yàn)闀r(shí)間長表面粗糙，硬而較脆不易研磨，而且時(shí)間長不經(jīng)濟(jì)，用于塑膠射出形機(jī)的送料管及螺旋桿的氮化。

　　液體氮化

　　液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3Nε相，F(xiàn)e4Nr相存在而不含F(xiàn)e2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物，液體軟氮化的方法是將被處理工件，先除銹，脫脂，預(yù)熱后再置于氮化坩堝內(nèi)，坩堝內(nèi)是以TF – 1為主鹽劑，被加溫到560～600℃處理數(shù)分至數(shù)小時(shí)，依工件所受外力負(fù)荷大小，而決定氮化層深度，在處理中，必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO，滲透擴(kuò)散至工作表面，使工件表面*外層化合物8～9%wt的N及少量的C及擴(kuò)散層，氮原子擴(kuò)散入α – Fe基地中使鋼件更具耐疲勞性，氮化期間由于CNO之分解消耗，所以不斷要在6～8小時(shí)處理中化驗(yàn)鹽劑成份，以便調(diào)整空氣量或加入新的鹽劑。

　　液體軟氮化處理用的材料為鐵金屬，氮化后的表面硬度以含有 Al，Cr，Mo，Ti元素者硬度較高，而其含金量愈多而氮化深度愈淺，如炭素鋼Hv 350～650，不銹鋼Hv 1000～1200，氮化鋼Hv 800～1100。

　　液體軟氮化適用于耐磨及耐疲勞等汽車零件，縫衣機(jī)、照相機(jī)等如氣缸套處理，氣門閥處理、活塞筒處理及不易變形的模具處。采用液體軟氮化的國家，西歐各國、美國、蘇俄、日本。

　　離子氮化

　　此一方法為將一工件放置于氮化爐內(nèi)，預(yù)先將爐內(nèi)抽成真空達(dá)10-2～10-3 Torr(㎜Hg)后導(dǎo)入N2氣體或N2 + H2之混合氣體，調(diào)整爐內(nèi)達(dá)1～10 Torr，將爐體接上陽極，工件接上陰極，兩極間通以數(shù)百伏之直流電壓，此時(shí)爐內(nèi)之N2氣體則發(fā)生光輝放電成正離子，向工作表面移動，在瞬間陰極電壓急劇下降，使正離子以高速沖向陰極表面，將動能轉(zhuǎn)變?yōu)闅饽?，使得工件表面溫度得以上升，因氮離子的沖擊后將工件表面打出Fe.C.O.等元素飛濺出來與氮離子結(jié)合成FeN，由此氮化鐵逐漸被吸附在工件上而產(chǎn)生氮化作用，離子氮化在基本上是采用氮?dú)?，但若添加碳化氫系氣體則可作離子軟氮化處理，但一般統(tǒng)稱離子氮化處理，工件表面氮?dú)鉂舛瓤筛淖儬t內(nèi)充填的混合氣體(N2 + H2)的分壓比調(diào)節(jié)得之，純離子氮化時(shí)，在工作表面得單相的r′(Fe4N)組織含N量在5.7～6.1%wt，厚層在10μm以內(nèi)，此化合物層強(qiáng)韌而非多孔質(zhì)層，不易脫落，由于氮化鐵不斷的被工件吸附并擴(kuò)散至內(nèi)部，由表面至內(nèi)部的組織即為FeN → Fe2N → Fe3N→ Fe4N順序變化，單相ε(Fe3N)含N量在5.7～11.0%wt，單相ξ(Fe2N)含N量在11.0～11.35%wt，離子氮化首先生成r相再添加碳化氫氣系時(shí)使其變成ε相之化合物層與擴(kuò)散層，由于擴(kuò)散層的增加對疲勞強(qiáng)度的增加有很多助。而蝕性以ε相*佳。

　　離子氮化處理的度可從350℃開始，由于考慮到材質(zhì)及其相關(guān)機(jī)械性質(zhì)的選用處理時(shí)間可由數(shù)分鐘以致于長時(shí)間的處理，本法與過去利用熱分解方化學(xué)反應(yīng)而氮化的處理法不同，本法系利用高離子能之故，過去認(rèn)為難處理的不銹鋼、鈦、鈷等材料也能簡單的施以**的表面硬化處理。