最新的氮化法─低压氮化

最新的氮化法─低压氮化

本文所介绍的最新氮化法是在约300 mb工作压力下，加入(氮化气体)、(笑气、当触媒)、(稀释剂)

进行氮化，亦可再加入(供给碳)进行软氮化。低压氮化法速度快、氮化层组织可选择为纯扩散层或为致

密白层，可氮化深孔狭缝，工作表面洁净，量产性佳，省气体能源，作业环境优良，应用广泛，对滚轮、

耐磨耗零件、铝挤型模、塑料模具及锻造模具等都有很好的处理效果。

一、前言

低压氮化亦称为真空氮化，系一种在真空炉内或减压状态下(约300 mb左右)进行的气体氮化或气体

软氮化处理，可使工件表面得到较高硬度之氮化层，增加工{TodayHot}件表面压缩压力，以提高其耐磨耗性及耐疲劳

性。处理温度与一般气体氮化温度相近，即约在400～600℃左右。

二、原理

根据Henri Michel的研究：氮在不同组织中有不同的扩散速度，其中

为氮在ε相中的扩散速度

为氮在相中的扩散速度

为氮在α相中的扩散速度

所以

亦即为提高氮化速度，必需在氮化过程中延缓化合物层(以相及ε相为主)的形成，而尽量维持在α

相，直到扩散深度足够后再视需要产生化合物层。

低压氮化技术是法国HIT热处理集团中所属的研究发中心INNOVATIQUE最近开发出来的新技术，他们称

之为NITRAL制程。使用的气体称之为ALNAT，包括：

1.：氮化气体。

2.：笑气，做为触媒、催化剂。

3.：稀释剂(也可用含5～7%之混合气)，降低氮势。

4.：甲烷，供给碳以便进行软氮化(CARBONITRAL)。

化学反应如下：

(1)Nα是在氨裂解出来的初生态氮，亦为扩散进入工件表面的主角。

上反应式(1)在常压时呈平衡状态，在低压时则往右反应，有较高的氮势，所以氮化速度快。

(2)可使工件表面氧化如式(2)，并促进裂解，如式(3)

(3)此后，即可自行裂解出初生态氮Nα，进行氮化作用，扩散进入工件表面。

三、制程

在进行低压氮化之前，工件应先做好前处理。

清洗工件：工件表面不要有油污或氧化物。

工件安置：尽量均匀分布以使气体容易流通，效果较佳，但随意成堆安置亦可处理。

防氮处理：可使用防氮漆(CONDURSAL N523)涂在不欲氮化之表{HotTag}面。

典型的低压氮化制程如下：

抽真空(VACUUM)

抽至 mbar

历时约10～15分钟

对流加热(CONVECTION HEATING)

加100%或混合气(5～7%)

压力800mbar

氮气是很好的热传介质，此阶段可使工件温度均匀。

排气(PURGE)

抽至 mbar

历时约15～20分钟

此阶段可使工件表面之污染物完全抽掉。

去钝化(DEPASSIVATION)

加100%或100%

压力300 mbar

此阶段时间与去除钢铁表面钝化膜时间有关。

排气(PURGE)

抽至 mbar

历时约10～15分钟

此阶段旨在抽掉去钝化气体，以免影响氮化气氛。

低压氮化(LP NITRIDING)

加入及所需之处理气体。

处理压力300 mbar

处理温度510～570℃，视工件回火温度而定(低于回火温度30℃即可)。

氮化过程分段实施，逐次以稀释，降低氮势，在不产生白层的情况下得到最快的氮化速度及氮化深度。

7.排气(PURGE)

抽至 mbar

历时约15～20分钟

此阶段排气可使工件冷却过程中表面不致被氧化，打开炉门取出工件时亦不会有大量氨气臭味。

8.冷却(COOLING)

加入或混合气(5% max.)

处理压力850 mbar

冷却至室温(60℃以下)

低压氮化处理制程如图1所示。

图1　低压氮化处理制程示意图