离子化学热处理

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1．离子渗氮

离子渗氮是目前工业上应用最广、最成熟的离子热处理工艺，其最大特点是：①渗层组织和相组成可以控制，通过调整工艺参数，可获得纯扩散层、单相化合物层等；②渗速较快，渗层脆性小、质量好；③可进行低温（400～500℃）离子渗氮，以及对奥氏体不锈钢无需预处理便可进行离子渗氮。目前，离于渗氮的技术关键是如何根据其特点，结合工件服役条件，合理选取工艺参数。（温度、电压、炉压、时间及工作气体），获得所需的最佳渗层，以期充分提高离子渗氮效能与成本之比。例如，精密零件，要求尺寸变形小，表面硬度高，同时要求耐磨、耐蚀的奥氏体不锈钢，则宜选低温离子渗氮。

目前该工艺的进展，主要是扩大应用范围，如工具、模具，钛合金和铝合金以及不锈钢的离子渗氮工艺的开发。

奥氏体-不锈钢离子渗氮，可有效地提高其耐磨性能，但耐蚀性却下降。自80年代中期以来，不锈钢离子渗氮有了重大进展。奥氏体不锈钢离子渗氮，可获得不同的相组成。温度超过500℃，可形成由γ´、ε、CrN、γ和α相组成的复合渗层，硬度高（1400HV），层厚大于200μm，从而明显改善其耐磨、抗胶合性能，但由于渗层中有Cr的氮化物析出，导致基体中Cr的减少，使其耐蚀性变坏。试验发现，奥氏体不锈钢的渗层硬度、耐磨性和抗腐蚀性能随渗氮温度降低而增高。不同温度离子渗氮后的阳极极化曲线（NaCI的质量分数为3％），如图1所示，经500℃×10h渗氮，即能提高腐蚀电位，而450℃渗氛时，Cr的氮化物析出被抑制，而形成含有无特征的“S-相”单相层，比未处理的不锈钢有更宽的纯化电位，具有优良的耐腐蚀性能，而且硬度高（约1600HV），可获得同时改善耐磨和耐蚀的渗氮层，该工艺已在欧洲获得了工业应用。
　
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2．离子N-C共渗
离子N-C共渗是从盐浴和气体N-C共渗发展起来的，其操作方法与离子渗氮基本相同，但工作气体成分不同，且冷却方式除在真空条件下缓慢冷却外，还可进行油淬或高压气淬。

工艺参数为温度560～600℃，时间1～4h。工作介质可用NH3＋C3H3、 NH3＋CH4、 NH3＋C3H5OH（酒精）和NH3＋CH3OHCOOH3；（丙酮）等。

离子N-C共渗时间短，效益高，可获得以ε单相或ε相为主的具有优良耐磨、抗胶合的化合物层，除适用于合金结构钢外，特别适宜于碳素钢和球墨铸铁及合金铸铁制件的处理。

离子N-C共渗的技术关键是化合物层中的ε相和Fe3C的控制。当化合物层中出现少量Fe3C时，化合物层最厚，耐磨性高，韧性好。但形成一定数量的Fe3C时，化合物层厚度明显下降，脆性增加，因此，应力求获得单一ε租或ε相为主的化合物层。