滲氮，就是將工件放在一定的滲氮劑中加熱和保溫，使滲氮劑中的活性原子氮滲入工件表層，以改變工件表面的化學成分、組織和性能的熱處理方法。

 

發展進程主要分為以下幾個階段：

 

稀土催滲的快速氣體滲氮

 

在體滲氮過程中加入一種稀土催滲劑，能夠活化工件表面，加快氮原子吸收速度，不但縮短滲氮周期，還能夠在工件表面形成細小彌散的氮化物，改善滲氮后組織和質量。其中，脆性級別、氮化物級別和疏松級別都可控制到1級，并提高表面硬度（比常規工藝提高30～100HV）。

 

對于一般結構鋼滲層深度要求0.3mm時，采用常規滲氮工藝保溫時間需要30小時以上，但如果加入稀土催滲劑后，保溫時間僅用14小時，縮短時間53%，節電40%，省氮氣35%以上，同時少排放廢氣35%，整個滲氮周期縮短32.7%。

 

連續式氣體軟氮化及發黑處理

 

傳統的氣體氮化熱處理是在周期式井式爐或者箱式爐中進行的。方泰新材的薛教授認為：對大型工件，這種設備及工藝能夠滿足生產需求，但對于中小工件，在這種爐中進行氣體氮化就容易出現加熱不均、滲層不均、硬度不均等問題。此外，由于周期式氮化效果不好，每一爐都有誤差，因此，大大增加了操作難度，并且不易保證所有批次工件的質量均勻一致。

 

創造性地將中小工件在連續爐中進行氣體氮化，解決了傳統周期式爐中氣體滲氮的諸多缺點，不但大大提高了產品滲氮后的質量和熱處理過程的一致性，且由于溫度和時間均可連續調整，使操作簡單易行并可成倍提高生產效率。

 

鹽浴氮化及QPQ復合處理

 

根據方泰新材料的經驗，溫度一般為520～560℃。常用的液體氰化鹽浴通常用中性鹽氯化鈉、氯化鋇、氯化鉀、碳酸鈉等，常用的氰化物鹽有氰化鈉和氰化鉀等，并僅適用于高速鋼工具。另外，還有稱作液體硫氮共滲的鹽浴氮化，配方為氯化鋇30%、氯化鈉20%、氯化鈣50%，另加5%～10%（中性鹽總重量），成粉末狀的硫化亞鐵，其鹽浴含硫量不低于0.2%，再通入一定量的氨氣（NH3），促使鹽浴翻動。工藝參數是：溫度540℃～560℃，時間90～120分鐘。

 

1.鹽浴氮碳共滲方法

 

國外提出了鹽浴氮碳共滲的方法，包括軟氮化、Tenifer法；Tufftriding、新Tenifer法、Melonizing、Sulfinuz法、Sur-Sulf法等。國外的鹽浴碳氮共滲在含氰化物和氰酸鹽的熔鹽中進行，熔鹽中氰酸鹽的熱分解以及其他化學反應產生有擴散能力的氮，置于熔鹽中的鐵質工件表面和在氣體滲氮時一樣，起催化劑的作用。

 

2.QPQ鹽浴復合處理技術

 

中國的QPQ鹽浴復合處理技術，是“九五”期間國家級重點推廣項目。QPQ一詞來源于英文Quench-Polish-Quench一詞的字頭縮寫，原意為淬火（快冷）—拋光—淬火（快冷），后有些專家學者把不加拋光工序的鹽浴復合處理和增加了拋光工序的QPQ技術結合起來，統稱為QPQ鹽浴復合處理技術。QPQ鹽浴復合處理技術有以下特點：

 

（1）良好的耐磨性、耐疲勞性能。大量生產應用及試驗證明，該技術可以提高工模具壽命2倍以上。嚴格的滾動和滑動磨損試驗說明，45鋼、40Cr鋼經QPQ鹽浴復合處理后，其耐磨性比高頻淬火高15倍以上，比20鋼滲碳淬火高10倍以上，比鍍硬鉻和離子滲氮高2倍以上。調質的45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后疲勞強度提高40%。

 

（2）極好的抗蝕性。45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后，在大氣和鹽霧試驗中的抗蝕性比發黑高70倍以上，比鍍硬鉻高16倍以上，甚至比1Cr18Ni9Ti奧氏體不銹鋼還高幾倍。

 

（3）極小的變形。QPQ鹽浴復合處理以后工件的尺寸和形狀幾乎無變化。在最佳工藝狀態下，工件尺寸的脹縮量僅僅為0.005mm。工件形狀的變化也極小，如可以成功地使（508mm×457mm×1.5mm）2Cr13不銹鋼薄板處理后平面度保證在0.5mm以下。因此，該技術可以用來解決常規熱處理方法無法解決的硬化變形難題。

 

（4）大幅度節能。與常規熱處理技術相比，該技術處理溫度低、保溫時間短，可以大幅度節能。與滲碳淬火相比，可以節能50%以上。

 

（5）無公害。該技術在大量生產條件下，經各地環保部門在生產現場實地檢測，各項環保指標均低于國家環保排放標準允許值。迪高沙公司曾因這項技術獲德國環保獎。

 

QPQ鹽浴復合處理技術的“復合”一詞說明它不是一種單一的技術。“復合”的概念首先體現在它是滲氮（氮碳共滲）和氧化工序的復合；在性能上，它是高耐磨性與高抗蝕性的復合；在工藝上，它是熱處理技術與防腐技術的復合。

 

早在20世紀70年代，為了改變氣體滲氮時間長、硬度不均等缺點，廣大的工程技術人員和車間工人投入了大量的精力和時間，研究了在氮化時加入電解鈦而使滲速加快、滲層加深的工藝，當時叫做鍍鈦氮化，并在一些產品上進行了試用，還對鈦氮化和普通氣體氮化、鹽浴氮化進行了對比試驗。

 

實際生產表明，鈦氮化能大大加快滲速，并使工件的硬度大大提高，從而大大提高了鉆頭、刀具、工具、模具的使用壽命。特別對于高速鋼制造的鉆頭和刀具等，既克服了其他氮化造成刀口脆性而降低使用壽命的缺點，又使壽命大大提高。試驗結果還指出，對于PVD鍍膜的鉆頭，鈦氮化后也能提高壽命14.5倍。

 

方泰新材，專業生產高性能氮化硅制品。