離子滲氮技術的前沿進展姓名：劉成松主要內容12離子滲氮的基本原理離子滲氮的發展趨勢1離子滲氮的基本原理：濺射和沉積理論滲氮層的形成：反應陰極濺射。詳細過程：滲氮爐中,稀薄氣體在陰極、陽極間的直流高壓下形成等離子體，N+、H+、NH3+等正離子轟擊陰極工件表面，轟擊的能量可加熱陰極，工件發生二次電子發射，同時陰極濺射，從工件上打出C、O、Fe等。Fe與陰極附近活性氮原子形成FeN，又沉積到工件陰極表面，FeN分解，FeN-Fe2N-Fe3N-Fe4N，分解出的氮原子大部分滲入工件表面內，一部分返回到離子區。充入含氮氣體氣體電離離子轟擊N工件表面（陰極）濺射NFeFe、N化合生成FeNNNFeN沉積FeN分解N沉積Fe3N分解Fe2N分解N沉積N沉積生成氮化層2離子滲氮技術的發展趨勢2.1多元共滲技術

為了提高碳鋼和鑄鐵的硬度和耐磨性，降低脆性和減小變形，發展了以離子滲氮為主的多元滲技術，如S-N-C共滲層可以明顯改善耐磨性和抗膠合能力;O-N-C共滲層可提高耐蝕性和摩擦磨損時的承載能力。2.2離子滲氮輔助復合處理2.2.1滲氮氧化處理滲氮氧化處理技術是由英國盧卡斯公司所開發，并己大量應用于汽車、航空、航天等機械制造方面。滲氮氧化處理是從滲氮、氧化和防腐蝕三個詞合成的新詞匯，它是從滲氮的基礎上發展起來的技術。其處理過程是在軟氮化處理到快結束時，短時間地提高溫度進行氧化處理(可在工件表面形成一層Fe3O4的薄膜)，接著在油水混合液(乳蝕液)中急冷，然后浸蠟干燥。經此處理后零件表面形成一層具有高硬度、強耐腐蝕性之復合效果的保護膜，其耐蝕性能可超過鍍硬鉻處理者，并解決了QPQ技術對環境污染的問題。

2.2.2離子滲氮十淬火零件經滲氮處理后，表面獲得以含氮為主的化合物層和擴散層；再把零件重新加熱到奧氏體狀態，滲層中的氮碳化合物發生分解，氮向縱深擴散溶入奧氏體，淬火后表面得到一層極細小的含氮馬氏體，它比單純淬火后所得到的不含氮的馬氏體要細小得多;同時，由于氮向心部擴散，濃度梯度趨于平緩，從而使零件在具有良好的心部力學性能的同時，也獲得了較高的表面硬度、耐磨和疲勞強度。滲氮或氮碳共滲后增加一道淬火處理，使表面層組織發生變化，可使零件得到更有效的強化，氮碳共滲的工藝效果得到更充分的發揮。這種復合強化工藝適合于碳素結構鋼、合金結構鋼所制成的零件，尤其是前者。

2.2.3離子滲氮/薄膜復合工藝在表面復合處理技術中，將離子滲氮與薄膜技術結合起來對鋼進行表面處理，可進一步改善材料的摩擦學性能，從而提高其承載能力。由于滲氮后的鋼表面有較深的硬化層(>0.3mm)，具有一定的硬度、耐磨性和殘余壓應力，構成了TIN、CrN等超硬薄膜的理想支承體，其承載能力遠遠超過單一超硬薄膜或氮化物層。同時，因為增加了硬化層的總厚度，減小了從TIN、CrN表面到鋼基體之間的硬度梯度，使得材料表面的耐腐蝕性、耐磨性、滾動接觸疲勞強度以及TIN，CrN層的附著性能都大為提高。由于疏松層已去除，其亞表面也不易產生裂紋源，從而使接觸疲勞強度有所提高。2.3ASPN技術活性屏離子滲氮(ASPN)是在真空室內安裝一個與陰極高壓相接的金屬網狀圓筒作為活性屏，工件置于活性屏內通過氣體離子轟擊活性屏，并使其加熱活，再通過活性屏的熱輻射將工件加熱到滲氮溫度在滲氮過程中，工件被活性屏包圍著處于電懸浮狀態，離子轟擊活性屏而不轟擊工件表面，從而解決了直流離子滲氮技術存在的邊緣效應空心陰極效應打弧等問題利用活性屏離子滲氮技術可以處理不同形狀的工件，能方便地測量工件的溫度，能處理奧氏體不銹鋼等較難滲氮的材料。2.4空心陰極輔助離子滲氮技術研究空心陰極輔助離子滲氮技術可有效地對樣品進行滲氮，避免弧光的產生而破壞表面光潔度，滲氮可以在壓力很小的情況下進行，減小了氨氣的使用量與尾氣排放量，節省能源，減小污染。2.5快速離子滲氮技術常規離子滲氮DN（零件滲氮層深度）0.6mm，而0.8～1.2mm的深層離子滲氮，需要發展快速離子滲氮技術真空高壓滲氮可以實現38CrMoAl保溫時期的滲速達到0.03～0.04mm/h，40Cr保溫時期的滲速可提高至0.06～0.08mm/h稀土催滲循環