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工艺园地

离子渗氮、气体渗氮和液体渗氮的比较

       目前工业生产中使用的氮化方法有三种,即液体氮化、气体氮化和离子氮化,三种氮化方法之间具有互补性。


  随着人们环保意识的加强,一系列环保法律法规相继出台,液体氮化和气体氮化因污染问题已不为都市工业所接受,相继从都市工业中退出。如上海市除真空热处理、感应热处理和离子渗氮工艺可继续留在市内从事生产外,其他热处理工艺生产都已搬出市区,另求生存之道。


  除上述突出弊端外,液体氮化因受设备容量限制,对大型零件的氮化也显得无能为力,而且零件经液体氮化后,表面疏松较严重,更限制了其应用范围。但客观地将,液体氮化对某些材质的小工件氮化仍具有其独到之处。


  气体氮化因工艺周期长(如氮化层深度要求为0.6mm时,其保温时间可长达90小时)、氨气消耗量大、能源消耗多、生产成本高,废气、废水难以处理,其应用范围也正在逐步缩小。


  与上述两种氮化方法相比,离子氮化法具有以下一些优点:


  ①由于离子氮化法不是依靠化学反应作用,而是利用离子化了的含氮气体进行氮化处理,所以工作环境十分清洁而无需防止公害的特别设备。


  ②由于离子氮化法利用了离子化了的气体的溅射作用,因而与以往的氮化处理相比可显著的缩短处理时间(离子渗氮的时间仅为普通气体渗氮时间的1/3—1/5)。


  ③由于离子氮化法利用辉光放电直接进行加热,也无需特别的加热和保温设备,且可以获得均匀的温度分布,与间接加热方式相比加热效率可提高2倍以上,达到节能效果(能源消耗仅为气体渗氮的40—70%)。


  ④由于离子氮化是在真空中进行,因而可获得无氧化的加工表面也不损害被处理工件的表面光洁度。而且由于是在低温下进行处理,被处理工件的变形量极小,处理后无需再行加工,极适合于成品的处理。


  ⑤通过调节N、H和其他组份等气体的比例,可自由地调节化合物层的相组成,从而获得预期的机械性能。


  ⑥离子氮化从380℃起即可进行氮化处理,此外,对钛等特殊材料也可在850℃的高温下进行氮化处理,因而适应范围十分广泛。


  ⑦由于离子氮化是在低气压下以离子注入的方式进行,因而耗气量极少(仅为气体渗氮的百分之几),可大大降低处理成本。


  正式基于以上诸多优势,离子氮化正逐步取代气体氮化和液体氮化,成为二十一世纪中国热协大力推广的“绿色”氮化方法


气体氮化、液体氮化和离子氮化的比较
   比较内容      气体氮化      液体氮化      离子氮化
1、对环境的污染较      重         重         无
2、是否需添置环保设施   需要        需要       不需要
3、可否为都市工业接受   不能        不能         能
4、生产周期         长         短         短
5、氨气消耗量        大        ———       极少
6、能耗           大         小         小
7、生产成本         高         较高         低
8、设备投资         较低        较低        较高
9、设备复杂性         简单        简单       较复杂
10、工艺重现性         好         好         好
11、氮化层组织可否控制    不能        不能         能
12、强化效果         良         良         优良
13、能氮化的材料       较多        较多         多
14、对不锈钢的氮化效果   很难操作       较好     容易操作、效果好
15、工件的变形        较大        较大         小
16、非氮化面的防护      繁琐        繁琐        容易
17、要求工件清洗干净程度   较高        较高         高
18、对操作者的要求      较高        较高        较高
19、现场操作环境       较差         差         好
20、操作者的劳动强度     较大        较大        较小