目前工業(yè)生產(chǎn)中使用的氮化方法有三種,即液體氮化、氣體氮化和離子氮化,三種氮化方法之間具有互補(bǔ)性。
隨著人們環(huán)保意識(shí)的加強(qiáng),一系列環(huán)保法律法規(guī)相繼出臺(tái),液體氮化和氣體氮化因污染問題已不為都市工業(yè)所接受,相繼從都市工業(yè)中退出。如上海市除真空熱處理、感應(yīng)熱處理和離子滲氮工藝可繼續(xù)留在市內(nèi)從事生產(chǎn)外,其他熱處理工藝生產(chǎn)都已搬出市區(qū),另求生存之道。
除上述突出弊端外,液體氮化因受設(shè)備容量限制,對(duì)大型零件的氮化也顯得無能為力,而且零件經(jīng)液體氮化后,表面疏松較嚴(yán)重,更限制了其應(yīng)用范圍。但客觀地將,液體氮化對(duì)某些材質(zhì)的小工件氮化仍具有其獨(dú)到之處。
氣體氮化因工藝周期長(如氮化層深度要求為0.6mm時(shí),其保溫時(shí)間可長達(dá)90小時(shí))、氨氣消耗量大、能源消耗多、生產(chǎn)成本高,廢氣、廢水難以處理,其應(yīng)用范圍也正在逐步縮小。
與上述兩種氮化方法相比,離子氮化法具有以下一些優(yōu)點(diǎn):
①由于離子氮化法不是依靠化學(xué)反應(yīng)作用,而是利用離子化了的含氮?dú)怏w進(jìn)行氮化處理,所以工作環(huán)境十分清潔而無需防止公害的特別設(shè)備。
?、谟捎陔x子氮化法利用了離子化了的氣體的濺射作用,因而與以往的氮化處理相比可顯著的縮短處理時(shí)間(離子滲氮的時(shí)間僅為普通氣體滲氮時(shí)間的1/3—1/5)。
?、塾捎陔x子氮化法利用輝光放電直接進(jìn)行加熱,也無需特別的加熱和保溫設(shè)備,且可以獲得均勻的溫度分布,與間接加熱方式相比加熱效率可提高2倍以上,達(dá)到節(jié)能效果(能源消耗僅為氣體滲氮的40—70%)。
?、苡捎陔x子氮化是在真空中進(jìn)行,因而可獲得無氧化的加工表面也不損害被處理工件的表面光潔度。而且由于是在低溫下進(jìn)行處理,被處理工件的變形量極小,處理后無需再行加工,極適合于成品的處理。
⑤通過調(diào)節(jié)N、H和其他組份等氣體的比例,可自由地調(diào)節(jié)化合物層的相組成,從而獲得預(yù)期的機(jī)械性能。
⑥離子氮化從380℃起即可進(jìn)行氮化處理,此外,對(duì)鈦等特殊材料也可在850℃的高溫下進(jìn)行氮化處理,因而適應(yīng)范圍十分廣泛。
?、哂捎陔x子氮化是在低氣壓下以離子注入的方式進(jìn)行,因而耗氣量極少(僅為氣體滲氮的百分之幾),可大大降低處理成本。
正式基于以上諸多優(yōu)勢,離子氮化正逐步取代氣體氮化和液體氮化,成為二十一世紀(jì)中國熱協(xié)大力推廣的“綠色”氮化方法
氣體氮化、液體氮化和離子氮化的比較
比較內(nèi)容 氣體氮化 液體氮化 離子氮化
1、對(duì)環(huán)境的污染較 重 重 無
2、是否需添置環(huán)保設(shè)施 需要 需要 不需要
3、可否為都市工業(yè)接受 不能 不能 能
4、生產(chǎn)周期 長 短 短
5、氨氣消耗量 大 ——— 極少
6、能耗 大 小 小
7、生產(chǎn)成本 高 較高 低
8、設(shè)備投資 較低 較低 較高
9、設(shè)備復(fù)雜性 簡單 簡單 較復(fù)雜
10、工藝重現(xiàn)性 好 好 好
11、氮化層組織可否控制 不能 不能 能
12、強(qiáng)化效果 良 良 優(yōu)良
13、能氮化的材料 較多 較多 多
14、對(duì)不銹鋼的氮化效果 很難操作 較好 容易操作、效果好
15、工件的變形 較大 較大 小
16、非氮化面的防護(hù) 繁瑣 繁瑣 容易
17、要求工件清洗干凈程度 較高 較高 高
18、對(duì)操作者的要求 較高 較高 較高
19、現(xiàn)場操作環(huán)境 較差 差 好
20、操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度 較大 較大 較小