渗氮

渗氢是一种热处理工艺，将氮气扩散到金属表面以形成表面硬化表面。 这些工艺最常用于低合金钢。 它们还用于钛、铝和钼。

典型应用包括齿轮、曲轴、凸轮轴、凸轮从动件、阀门部件、挤压机螺杆、压铸工具、锻造模具、挤压模具、枪支部件、喷射器和塑料模具工具。

这些过程以用于捐赠的媒介命名。 使用的三种主要方法是：气体渗氮、盐浴渗氮和等离子渗氮。

在气体渗氮中，供体是一种富含氮的气体，通常是氨气 (NH3)，这就是它有时被称为氨氮渗氮的原因。 当氨与加热的工件接触时，它会分解成氮气和氢气。 然后氮扩散到材料表面，形成氮化物层。 这个过程已经存在了将近一个世纪，尽管仅在最近几十年才集中精力研究所涉及的热力学和动力学。 最近的发展导致了一个可以精确控制的过程。 可以选择所得渗氮层的厚度和相结构，并针对所需的特定性能优化工艺。

与其他变体相比，气体渗氮的优点是：

• 通过控制氮气和氧气的气体流速精确控制氮化气氛中氮气的化学势。
• 全方位渗氮效果（与等离子渗氮相比，在某些情况下可能是劣势）
• 可以进行大批量生产 - 限制因素是炉子尺寸和气体流量
• 通过现代计算机控制气氛，可以严密控制渗氮结果
• 设备成本相对较低 - 特别是与等离子相比

气体氮化的缺点是：

• 反应动力学在很大程度上受表面状况的影响 - 油性表面或被切削液污染的表面会产生较差的结果
• 有时需要表面活化来处理高铬含量的钢 - 比较等离子渗氮过程中的溅射
• 氨作为渗氮介质 - 虽然不是特别有毒，但在高浓度吸入时是有害的。 此外，在氧气存在下加热时必须小心，以减少爆炸的风险

在盐浴渗氮中，供氮介质是含氮盐，例如氰化物盐。 所用的盐还向工件表面提供碳，使盐浴成为一种氮碳共渗工艺。 使用的温度是所有氮碳共渗工艺的典型温度：550 至 570 °C。 盐渗氮的优点是与任何其他方法相比，它可以在相同的时间内实现更高的扩散。

盐渗氮的优点是：

• 快速处理时间 - 通常在 4 小时左右即可实现
• 操作简单 - 将盐和工件加热到一定温度并浸入水中，直到持续时间结束。

缺点是：

• 使用的盐具有剧毒 - 在西方国家，盐的处理受到严格的环境法的控制，增加了使用盐浴的成本。 这是近几十年来该工艺失宠的最重要原因之一。
• 对于特定的盐类型，只有一种可能的过程 - 由于氮势由盐决定，因此只有一种类型的过程是可能的

等离子渗氮，又称离子渗氮、等离子离子渗氮或辉光放电渗氮，是一种工业上对金属材料进行表面硬化处理。

在等离子渗氮中，渗氮介质的反应性与温度无关，而与气体电离状态有关。 在该技术中，强电场用于在要氮化的表面周围产生气体的电离分子。 这种具有电离分子的高活性气体称为等离子体，为该技术命名。 用于等离子渗氮的气体通常是纯氮气，因为不需要自发分解（如用氨渗氮的情况）。 存在以用于金属切割、焊接、熔覆或喷涂的等离子射流为代表的热等离子。 还有冷等离子体，通常在低压状态下在真空室内产生。

通常对钢进行等离子渗氮处理是有益的。 该工艺允许对渗氮微观结构进行严密控制，允许在有或没有化合物层形成的情况下进行渗氮。 不仅金属部件的性能得到提高，工作寿命也得到提高，被处理金属的应变极限和疲劳强度也得到提高。