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（技术套表）金属材料表面离子轰击（离子氮化）新技术
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离子氮化 本技术是我国70年代新兴的表面强化技术学科。自1978年以来，我院从事钛合金的离子氮化和离子复合处理研究。对热挤压铝型材模具钢3Cr2W8V、进口（仿）H13钢。不锈钢、日本P20、38CrMoAl、40Cr、35CrMo、40CrNiMo和30CrMnSi等钢制零部件进行离子氮化和离子复合处理研究。近年来，又开展对长轴类工件施行离子处理表面强化工作，诸如，高精度大型瓦楞辊和生产淀粉刮刀进行表面强化处理研究。使工件表面既提高硬度，又保持基体强度。耐腐蚀性能和耐磨性能也十分显著。为社会创造了较大的经济效益。多次获得国家科委“七五”攻关奖、中国有色金属总公司和省市级有关部门的奖励。
　　1. 离子轰击氮化法的基本原理 离子氮化是利用辉光放电这一物理现象对金属材料表面强化的氮化法。在低压的氮气或氨气等气氛中，炉体和被处理工件之间加以直流电压，使产生辉光放电，在被处理表面数毫米处出现急剧的电压降，气体中的离子，朝着图1箭头所示方向向阴极移动（如图1）。当接近工件表面时，由于电压剧降而被强烈加速，轰击工件表面，离子具有的动能转变为热能，加热了被处理工件，同时一部分离子直接注入工件表面，一部分离子引起阴极溅射，从工件表面“溅出”电子和原子，“溅出”的铁原子和由于电子作用而形成的原子态氮相结合，形成FeN。FeN由于吸附和在表面上蒸发，因受到高温和离子轰击而很快地分解为低价氮化物而放出氮。一部分失去氮的铁又被溅射到辉光等离子气体中与新的氮原子相结合，促进氮化。
　　电压降 阴极下降 工件处理表面 等离子区 炉壁 电子 离子 Fe N 吸附 FeN ε相 γ‘相 α Fe2N N Fe3N N Fe4N N Fe 图1 离子氮化的表面反应图 2. 离子轰击（氮化）处理工艺特点 采用本工艺能够在同一工件上获得基体性能与表面性能的良好配合，渗层表面既硬以韧。耐磨损的表层紧密结合在基体上。
　　在处理过的工件表面所的表层质地致密。强韧性能兼备。优于诸如气体氮化，气体软氮化或液体软化等常规方法处理的工件。由图2和图3表明，采用本工艺处理的工件可克服渗层疏松，性脆，硬度强度过大，与基体的结合差等“弊病”。
　　经本工艺处理的工件能保持良好的表面光洁度，并且能够保持很高和变形量小。
　　能够处理具有窄缝工作带的铝型材模具，目前，国内离子氮化处理深度窄缝的能力一般在毫米以上，而国外处理挤压模具窄缝的能力可达毫米以上，我院的离子处理窄缝能力已经达到国际先进水平，且本工艺重复性好。
　　本工艺 Fe3N 100 普通离子氮化工艺 Fe3N 100 17 20 渗层的组织与性能可控制，温度均匀性好。模具工作带硬度提高幅度大， 1000～1200。
　　本工艺处理过的H13钢试样的耐靡性能为未处理试样（淬火、另回火状态）的5～38倍，而摩擦力矩仅为未经处理试样的六分之一。
　　经本工艺处理后，铝型材挤压模具的平均使用寿命可提高3～7倍，同时改善了铝合金型材的表面质量，深受用户好评。
　　图2 H13钢试样离子复合处理渗层与普通离子氮化渗层的X射线衍射曲线对比 本工艺适合对长轴类工件表面进行离子轰击表面强化处理，诸如，长度为米，厚度4毫米，宽160毫米的淀粉机