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收藏|離子滲氮工藝規范制定原則

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人氣:-發(fā)表時(shí)間:2019-09-19 10:44【

離子滲氮的工藝參數較多,除了常見(jiàn)的滲氮溫度和時(shí)間外,還與爐氣壓力、氣源、氣體壓力及流量、電壓與電流、抽氣速率等因素有關(guān)。

(1)滲氮溫度和時(shí)間

1)離子滲氮的滲氮溫度和氣體滲氮基本相同,一般為500~540℃,不同材料滲氮硬度與溫度之間均有一最佳對應值,一般在450~540℃之間。當溫度高于590℃時(shí),會(huì )因氮化物的積聚而使硬度明顯下降。

升溫速度主要取決于工件表面的電流密度、工件體積與產(chǎn)生輝光的表面積之比以及工件的復雜程度與散熱條件等。為減少變形,升溫速度不宜過(guò)快,一般為150~250℃/h。保溫溫度要穩定,波動(dòng)要小。保溫溫度的穩定性與爐壓及電壓有密切的關(guān)系,通過(guò)穩定爐壓來(lái)穩定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩定性;通過(guò)穩定電壓來(lái)穩定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩定性。

2)滲氮的保溫時(shí)間取決于滲氮件的材料以及滲氮層的厚度和硬度要求,保溫時(shí)間從幾十分鐘到幾十小時(shí)。當滲氮時(shí)間在20h以?xún)葧r(shí),離子滲氮的速度明顯大于氣體滲氮,當滲氮時(shí)間在20h以上時(shí),兩種滲氮的速度接近。

(2)爐氣壓力。爐氣壓力是離子滲氮的一個(gè)重要參數??諣t或工件裝爐后,氣壓應能達到6.67Pa以下。如果達不到此值,說(shuō)明爐體有漏氣現象,漏入的空氣中的氧在滲氮過(guò)程中會(huì )使金屬表面氧化,影響滲氮質(zhì)量;冷卻時(shí)漏入空氣,會(huì )使工件出現氧化色。

爐氣壓力與供氣流量和抽氣速率有關(guān)。在氣壓一定的條件下,真空泵的抽氣速率越大,氣體的流量就越大,氨氣的消耗量也就越大。在離子滲氮中,氣壓直接影響電流密度的大小。氣壓大,電流密度大,而電流密度又影響升溫速度和保溫溫度。在實(shí)際操作中,氣壓應在133~1066Pa之間,一般為266~800Pa。

爐氣壓力對滲氮層的組織有一定影響。高氣壓下化合物層中ε相含量增高,低氣壓易獲得γ′相。氣壓在40~2660Pa時(shí),不易出現化合物層。

氣壓還決定輝光層的厚度,氣壓越大,dk越小,輝光層越薄,越有利于升溫。

(3)電壓。離子滲氮所需的電壓與爐氣壓力、電流密度、工件溫度及陰陽(yáng)極間的距離等因素有關(guān)。在其他因素一定時(shí),電壓升高,則電流密度增大;氣壓升高,則電壓下降。在實(shí)際操作中,通過(guò)調節電壓和氣壓來(lái)控制電流的大小,達到升溫和保溫的目的,保溫階段的電壓一般為500~700V。

(4)電流密度。電流密度直接影響供給工件的熱量的多少,主要根據滲氮溫度的要求來(lái)選擇。在升溫階段,需要的熱量多,電流密度也大;在保溫階段,需要的熱量較少,電流密度也較小。電流密度一般在0.5~20mA/cm²之間,常用0.5~3mA/cm²。

(5)氣源。離子滲氮一般以氨氣為氣源,直接通入爐內進(jìn)行滲氮,操作簡(jiǎn)單,使用方便。也可將氨在660~670℃下分解為氮氣和氫氣,再通入滲氮爐內;還可以采用氮氣和氫氣的混合氣體作為氣源。后兩種氣源可以獲得比直接使用氨氣時(shí)更為均勻的溫度分布和滲氮層。調整氮氣和氫氣的比例,還可獲得所希望的滲氮層結構和ε相層的厚度。氮氣和氫氣的體積比可在1:9~9:1之間變化,氫氣所占的比例越大,則滲氮層中的ε相層越薄。

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