渗氮多用炉速度快的原因

2021-11-27

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对多台氮化炉进行了离子轰击作用。在位降区内，离子的平均能量大约是几十电子伏。气体渗氮氨分解过程中产生的氮原子能量是在800伏时产生的，其能量是氮气原子的3000倍。高能量粒子轰击产生溅射物，将其与铁原子从表面分离开来，同时还轰击出碳、氧和合金元素，从而还原零件表面的氧化物和碳化物。

若存在氢，则既能阻止残余氧在气氛中的氧化作用，又能将零件表面的氧化物还原成具有活性的洁净表面，使渗氮反应十分活跃。氮在渗氮过程中的迁移主要由铁原子溅射和氮化铁沉积两个过程。所以，渗氮开始时，富氮相与零件表面的α-Fe直接接触。这种快速的氮源速率使得α-Fe很快被氮饱和。

不一会儿，这一化合物层就和含氮的α-Fe形成了平衡，而气体氮化物层的出现通常要花费1~2小时。渗氮过程中，高能粒子与金属表面格子之间的原子弹性碰撞，产生高密度位错。在电镜下观察到纯铁箔后，通过电镜观察发现，位错密度增加了材料的渗透性，从而加速了氮素的扩散。

氮气在氮化初期主要沿晶界扩散。氮气接触晶界上的碳化物，即形成碳氮化合物。这样一来，大量的氮气消耗殆尽，而所形成的碳氮化合物也强烈阻碍晶界的扩散，使渗氮层向内推进慢速，并主要在位错表面上扩散。另外，在晶界内，碳被溅射出，使得碳化物在晶界内的生成受到明显的阻碍，从而阻碍了碳氮化物的生成。

因此，氮原子能平稳地沿无碳氮化合物的晶界扩散，从而大大加速了其扩散。同样条件下，当氮气渗透深度大于0.2mm时，氮气渗层的渗氮量小于0.2mm，可以更有效地缩短氮化时间，作为实例，38CrMoAlA钢的渗层深度为0.5mm，氮化时间为20~30小时，气渗氮时间为40~50小时，氮化层较浅时，渗氮处理只需2~4小时，而气渗氮仅需10小时。

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