輝光離子氮化工藝始于20世紀(jì)60年代末期,當(dāng)時(shí)的西德和瑞士首先將離子氮化工藝用在槍炮內(nèi)膛的氮化上,可提高壽命達(dá)三倍,后來美國及日本相繼將輝光離子加熱原理用于氮化、燒結(jié)、釬焊等方面。我國于20世紀(jì)60年代末開始研究,用此技術(shù)來改善零件表面性能。
離子氮化與一般氣體氮化相比,具有如下特點(diǎn):
1、離子氮化時(shí)間能縮短到氣體氮化的1/4~1/2。以38CrMoAIA鋼為例,一般要達(dá)到0.53mm—0.7mm,氮化層硬度HRN15≥92時(shí),氣體氮化持續(xù)時(shí)間需70h左右;而離子氮化只需15h—20h。又如4Cr14Ni14W2Mo鋼,要達(dá)到0.09mm~0. 12mm,HRN15≥80時(shí),氣體氮化時(shí)間需47h,而離子氮化只需15h—20h。
2、零件的氮化表面形成單相結(jié)合層,而其脆性均為一級(jí),所以零件在使用及磨削加工時(shí),不會(huì)脆裂。因此,無需對(duì)已氮化表面為除脆性層而進(jìn)行磨削加工,縮短加工周期。
3、離子氮化時(shí),只對(duì)要求氮化的表面進(jìn)行離子轟擊,故只有氮化表面加溫到氮化溫度,非氮化表面溫度較低,加之在氮化過程中,加溫、保溫、冷卻所用的時(shí)間短,因而有利于減少零件的變形。對(duì)于一些幾何形狀復(fù)雜、尺寸精度要求高的氮化零件,采用離子氮化更為優(yōu)越?;谕辉颍闺x子氮化設(shè)備功率小,且氮化時(shí)間短,故總的電能消耗只有一般氣體氮化的1/5—1/2。
4、氣體氮化時(shí),加熱爐內(nèi)氨氣壓力一定要大于105Pa;而離子氮化時(shí),真空室內(nèi)氨氣壓力只要求2.6X102Pa—1.3×103Pa,所耗氨氣僅為氣體氮化的1/5—1/20。
5、離子氮化的加熱及冷卻時(shí)間約為一般氣體氮化的1/10。
6、有些局部氮化零件,如曲軸后半部、連軸套、支撐圈、排氣門等,可以省去鍍錫、鍍鎳工序。
7、可省去氮化前零件表面的繁雜清理工序。由于氮離子轟擊零件表面,它能還原高合金鋼表面的氧化膜,不需要在氮化前對(duì)氮化表面進(jìn)行噴砂、化學(xué)腐蝕,或在爐內(nèi)撒放氯化銨。
8、改善了勞動(dòng)條件,基本上沒有氨氣臭味。
根據(jù)離子氮化特點(diǎn),可應(yīng)用于各類齒輪、槍炮管、活塞銷、氣門、曲軸、襯套、氣缸等氮化上。