7-4 氮化/软氮化处理的种类及应用

如表1所示，氮化在工业上是从气体氮化开始的，已经开发出使用盐浴的方法和使用等离子体的方法等多种方法，并在广泛的领域中采用。

表 1 氮化处理种类及相关处理

(1) 气体氮化：1923 年开发的一种在氨气 (NH3) 中加热的方法。处理过程包括在500～550℃加热预定时间，在500～520℃充分提高氮浓度，然后在550～600℃扩散。

(2)等离子(离子)氮化：如图1所示，在减压真空室中，被处理材料为阴极(-)，炉体或其他电极为阳极(+)，氮气(N2)+氢气（H2）。），并施加数百伏的电压。在阴极侧产生的辉光放电中存在的离子（N + 和H + ）以高能量与作为阴极的被处理材料碰撞。由于离子的影响，加工产物的温度升高，同时N与Fe发生反应，形成Fe氮化物，Fe氮化物进一步扩散进行氮化。

图1 等离子（离子）氮化的基本原理

(3)气体氮碳共渗：使碳与氮同时扩散和渗透的工艺，渗氮的主要目的是提高耐磨性，而主要目的是提高抗疲劳性。在高于一般渗氮温度的560-580℃（通常为570℃）下进行碳扩散。作为一般气氛，使用NH 3 和渗碳气体的混合气体，此外，也使用使用尿素的分解气体和氮系混合气氛的方法。

(4)盐浴软氮化：为快速氮化而开发，在以NaCNO3、KCNO等氢氰酸为主要成分的盐浴中加热，碳也主要从氮中渗出。

(5)硫化氮化：硫(S)也同时扩散和渗透，以增加滑动特性和耐磨性。处理方法有气体硫化氮化和盐浴硫化氮化，这两种方法都会在正常氮化物层的更外表面产生多孔硫化铁（FeS、Fe 3 S 4等）。

在一般的氮化层和软氮化层中，更外层为化合物层，其下为含氮氮化物扩散层。由于化合物层不被用于表现金属结构的标准蚀刻溶液溶解，因此从如图 2 所示的横截面结构中观察到更外层的白色层。该化合物层的成分受加工品的材质和氮化物条件的影响，但一般为氮化铁（Fe 3 N-Fe 2 N、Fe 3 N等），氮扩散层直接在它下面。存在。顺便说一下，在图中，在S15C的扩散层中观察到的针状产物是γ'-Fe 4 N。

图2 等离子（离子）渗氮钢截面结构

从图 2 可以看出，SUS304 的扩散层与非氮化部分相比受到了极大的蚀刻，但此处沉积了大量的氮化铬 (CrN)。因此，该扩散层具有1000HV以上的高硬度，但另一方面，SUS304的耐腐蚀性显着下降，因此在对不锈钢进行氮化处理时必须注意。

钢中所含的合金元素对通过渗氮获得高硬度起重要作用。获得高渗氮硬度更有效的合金元素是Al，其次是Cr和Mo。含有所有这些活性元素的SACM645被用作渗氮钢，因为通过渗氮可以获得较高的表面硬度和扩散层硬度。

在加工条件中，渗氮温度对渗氮层的硬度和深度影响很大。由于渗氮是氮的扩散，所以渗氮温度越高，渗氮层的深度越大，但渗氮温度越高，氮浓度越低，表面硬度越低。例如，表2显示了各种工具钢在500～600℃等离子（离子）渗氮5小时后的表面硬度。SKH51含有大量形成硬质氮化物的元素（Cr、Mo、W等），其硬度自然是更高的，但不管钢种，氮化温度越高，表面越多. 可以看到硬度降低了。

表2 离子氮化工具钢的表面硬度（HV）