離子滲氮的工藝參數(shù)較多,除了常見的滲氮溫度和時間外,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(yīng)值,一般在450~540℃之間。當(dāng)溫度高于590℃時,會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(fù)雜程度與散熱條件等。為減少變形,升溫速度不宜過快,一般為150~250℃/h。保溫溫度要穩(wěn)定,波動要小。保溫溫度的穩(wěn)定性與爐壓及電壓有密切的關(guān)系,通過穩(wěn)定爐壓來穩(wěn)定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩(wěn)定性;通過穩(wěn)定電壓來穩(wěn)定電流密度,進(jìn)而提高保溫溫度的穩(wěn)定性。
2)滲氮的保溫時間取決于滲氮件的材料以及滲氮層的厚度和硬度要求,保溫時間從幾十分鐘到幾十小時。當(dāng)滲氮時間在20h以內(nèi)時,離子滲氮的速度明顯大于氣體滲氮,當(dāng)滲氮時間在20h以上時,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重要參數(shù)??諣t或工件裝爐后,氣壓應(yīng)能達(dá)到6.67Pa以下。如果達(dá)不到此值,說明爐體有漏氣現(xiàn)象,漏入的空氣中的氧在滲氮過程中會使金屬表面氧化,影響滲氮質(zhì)量;冷卻時漏入空氣,會使工件出現(xiàn)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。在實際操作中,氣壓應(yīng)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,不易出現(xiàn)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、工件溫度及陰陽極間的距離等因素有關(guān)。在其他因素一定時,電壓升高,則電流密度增大;氣壓升高,則電壓下降。在實際操作中,通過調(diào)節(jié)電壓和氣壓來控制電流的大小,達(dá)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(jù)滲氮溫度的要求來選擇。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。