离子氮化炉设备的原理及优点

离子氮化是一种强化金属表面的离子化学热处理工艺，利用辉光放电现象，通过轰击含氮气体电离后产生的氮离子，对零件表面进行加热和氮化，从而获得表面氮化层。广泛适用于铸铁、碳钢、合金钢、不锈钢和钛合金。离子渗氮处理后，材料表面的硬度可以显著提高，使其具有较高的耐磨性、疲劳强度、耐腐蚀性和耐燃烧性。

离子氮化，也称为辉光氮化，是利用辉光放电原理进行的。离子氮化炉设备辉光放电是指当气体穿过电晕放电区域时，如果外部电路的电阻降低，或者整个电路的电压升高，放电功率继续增加，放电电流将继续上升。同时，辉光逐渐延伸到两个电极之间的整个放电空间，发光变得越来越亮。当电子能量f增加，即电场的操作参数增加时，电晕放电可以转变为辉光放电。

离子氮化炉设备通过离子渗氮渗入工件表面的氮原子不像普通气体那样通过氨分解产生，而是由被电场加速的粒子与含氮气体分子和原子碰撞而吸附并富集在工件表面的离子形成的高活性氮原子。

在离子渗氮过程中，工件被放置在炉内的阴极板上，连接电源进行真空泵送，当炉内压力降至约6Pa时，填充氨气以保持炉内压力在1.3×102-1.3×10a以内。由于炉内的低压和随后的加热，进入炉内的氨气将被分解：2NH3=N2+3H2.在低压环境下，炉内反应产生的气体的体积分数为25/100N2和75/100H2.

离子氮化炉设备工艺的优点：

① 由于离子渗氮不依赖化学反应，而是使用电离含氮气体进行渗氮处理，因此工作环境非常清洁，无需特殊设备来防止公共危害。因此，离子氮化法也被称为21世纪的“绿色”氮化法。

② 由于离子氮化法利用了电离气体的溅射效应，与之前的氮化处理相比，可以显著缩短处理时间(离子氮化的时间仅为普通气体氮化的1/3～1/5)。

③ 由于离子氮化法使用辉光放电直接加热工件，因此也不需要特殊的加热和绝缘设备，可以获得均匀的温度分布。与间接加热法相比，加热效率可提高2倍以上，达到节能效果(能耗仅为气体氮化的40~70%)。

④ 由于离子渗氮是在真空中进行的，因此它可以获得非氧化加工表面，而不会损坏被处理工件的表面光洁度。而且因为是在低温下加工的，加工后的工件变形很小，所以加工后不需要进一步加工，非常适合成品的加工。

⑤ 通过调节氮、氢和其他(如碳、氧、硫等)气氛的比例，可以自由调节化合物层的相组成以获得预期的机械性能。

⑥ 离子氮化可在380℃下进行。此外，钛等特殊材料也可以在850℃下氮化，因此应用范围非常广泛。

⑦ 由于离子渗氮是在低压下通过离子注入进行的，气体消耗非常小(仅为气体渗氮的百分之几)，这可以大大降低处理成本。