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怎样制订离子渗氮工艺规范

    离子渗氮的工艺参数较多,除了常见的渗氮温度和时间外,还与炉气压力、气源、气体压力及流量、电压与电流、抽气速率等因素有关。

01

渗氮温度和时间


    1)离子渗氮的渗氮温度和气体渗氮基本相同,一般为500~540℃,不同材料渗氮硬度与温度之间均有一最佳对应值,一般在450~ 540℃之间。当温度高于590℃时,会因氮化物的积聚而使硬度明显下降。


    升温速度主要取决于工件表面的电流密度、工件体积与产生辉光的表面积之比以及工件的复杂程度与散热条件等。为减少变形,升温速度不宜过快,一般为150~250℃/h。保温温度要稳定,波动要小。保温温度的稳定性与炉压及电压有密切的关系,通过稳定炉压来稳定电流密度,进而提高保温温度的稳定性;通过稳定电压来稳定电流密度,进而提高保温温度的稳定性。


    2)渗氮的保温时间取决于渗氮件的材料以及渗氮层的厚度和硬度要求,保温时间从几十分钟到几十小时。当渗氮时间在20h以内时,离子渗氮的速度明显大于气体渗氮,当渗氮时间在20h以上时,两种渗氮的速度接近。可见,在处理渗氮层小于0.5mm的工件时,用离子渗氮是最合适的。当渗氮层深度为0.2~0. 5mm时,一般保温8~20h即可。


02

炉气压力

    

    炉气压力是离子渗氮的一个重要参数。空炉或工件装炉后,气压应能达到6. 67Pa以下。如果达不到此值,说明炉体有漏气现象,漏入的空气中的氧在渗氮过程中会使金属表面氧化,影响渗氮质量;冷却时漏入空气,会使工件出现氧化色。


    炉气压力与供气流量和抽气速率有关。在气压一定的条件下,真空泵的抽气速率越大,气体的流量就越大,氨气的消耗量也就越大。在离子渗氮中,气压直接影响电流密度的大小。气压大,电流密度大,而电流密度又影响升温速度和保温温度。在实际操作中,气压应在133~1066Pa之间,一般为266~ 800Pa。


    炉气压力对渗氮层的组织有一定影响。高气压下化合物层中ε相含量增高,低气压易获得γ′相。气压在40~2660Pa时,不易出现化合物层。


    气压还决定辉光层的厚度,气压越大,dk越小,辉光层越薄,越有利于升温。

03

电压


    离子渗氮所需的电压与炉气压力、电流密度、工件温度及阴阳极间的距离等因素有关。在其他因素一定时,电压升高,则电流密度增大;气压升高,则电压下降。在实际操作中,通过调节电压和气压来控制电流的大小,达到升温和保温的目的,保温阶段的电压一般为500~700V。


04

电流密度


    电流密度直接影响供给工件的热量的多少,主要根据渗氮温度的要求来选择。在升温阶段,需要的热量多,电流密度也大;在保温阶段,需要的热量较少,电流密度也较小。电流密度一般在0.5~20mA/cm²之间,常用0.5~3mA/cm²。


05

气源


    离子渗氮一般以氨气为气源,直接通入炉内进行渗氮,操作简单,使用方便。也可将氨在660~670℃下分解为氮气和氢气,再通入渗氮炉内;还可以采用氮气和氢气的混合气体作为气源。后两种气源可以获得比直接使用氨气时更为均匀的温度分布和渗氮层。调整氮气和氢气的比例,还可获得所希望的渗氮层结构和ε相层的厚度。氮气和氢气的体积比可在1:9~9:1之间变化,氢气所占的比例越大,则渗氮层中的ε相层越薄。


来源:青岛丰东



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