輝光離子氮化容易出現的問題及解決措施

河北華北柴油機有限責任公司 （石家莊 050081） 馮 濤 王冬雁

輝光離子氮化與氣體氮化相比具有氮化時間快，氮化層脆性小，以及節約氨氣用量等優點，但實際生產中也存在著一些經常出現且不容易解決的問題。本文主要介紹輝光離子氮化零件常見的問題，分析了問題產生的原因，并提出解決措施。

1. 輝光離子氮化零件圓角處、孔口處、齒頂角處等會出現不均勻的黑帶

原因：因為輝光離子氮化爐不具備獨立的可任意調控的第二熱源或輔助熱源，全靠離子轟擊加熱，為了達到氮化工藝溫度，需用強輝光，脈沖占空比往往在0.7以上、趨向直流，導致尖角、空芯陰極等效應較強，在圓角處和孔口位溫度較高產生脫碳，而爐內較大溫差和氣氛分布的不均勻，使得黑帶有差別。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，運用中熱中輝（輝光強度中等）或強熱弱輝，能有效地抑制尖角和空芯陰極效應，而且把爐內上下里外溫度調控在±5℃以內，基本解決了氮化件這些部位的脫碳問題。

2. 輝光離子氮化零件圓角處、接合部等會出現軟帶

原因：因為輝光離子氮化爐全靠強輝光加熱而達到氮化工藝溫度，在圓角處和接合部的輝光重疊起到屏蔽作用，致使產生軟帶；而輝光越強軟帶越明顯。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，就能運用中高強度的輔助熱源與中低強度的輝光把屏蔽減弱到很小，幾乎不產生軟帶。

3. 輝光離子氮化不銹鋼閥零件經離子氮化后反而易生銹

原因：對于316L或雙向不銹鋼等閥件或球體做離子氮化，需要強輝才能達到氮化溫度，而在420℃以上隨著輝光越強離子轟擊濺散越大，致使材料表面鉻碳的散失，這樣反而易被腐蝕。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，在氮化工藝溫度時爐內溫差≤±5℃的條件下，以較強的輔助熱源和中弱的輝光強度進行工藝生產，就能避免不銹鋼閥件表層脫鉻問題。但是，要注意把握好在≤400℃過程中先用中強輝光消除不銹鋼表面鈍化膜，而后再開啟輔助熱源，同時逐步降低輝光強度。

4. 輝光離子氮化大而重的模具很難升到氮化工藝溫度

原因：這是因為輝光離子氮化爐完全依靠強輝光轟擊工件而產生的熱量加熱工件，而離子加熱與工件表面積密切相關，也與大模具表面積與重量比較懸殊相關，當有限的加熱能量與爐子的散熱損失達到平衡時，爐內溫度升不上去是必然現象，除非提高設備限定電壓等性能參數和加強爐子的保溫性能或增加陰極板片等輔助設施。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，離子氮化不再受工件表面積與重量比懸殊的限制，通過對第二熱源電源功率的不同配置，不僅能保證最高使用溫度650℃時爐內溫差≤±5℃，還能保證最高使用溫度950℃時爐內溫差≤±5℃。

5. 輝光離子氮化爐對鈦材零件的氮化處理效果不佳

原因：輝光離子氮化爐調控爐內溫差功能缺失，在輝光最高電壓1000V的條件下升溫到600℃以上很困難，而鈦材零件要形成TiN，氮化工藝溫度應該在650℃以上，并且爐內溫差越小越好。

現在，有些企業在輝光離子氮化爐里運用空心陰極效應做小件鈦材零件的氮化處理，不但應用成本高，而且穩定化生產難，很難達到期望的效果。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，就能夠很好地滿足鈦材零部件氮化處理的溫度以及均勻性要求，并在實際加工中取得了較好的效果。

6. 離子氮化后的零件會變形超差

原因：零件經離子氮化后出現的變形超差問題，應綜合分析解決。首先，要看材料及毛坯成形的預處理，即去應力退火是否符合規范要求，還要看在機加工后的機加應力是否退火處理，再則是手段和工藝即等離子氮化設備是否滿足生產要求和工藝是否成熟。

就普通輝光離子氮化爐而言，因需要較強的輝光加熱與滲氮，其零部件不同幾何形狀處的溫度是不一樣的，其散熱狀況也是不一樣的，會產生熱應力變形；而且與零部件的安放、工裝的設計有關，與爐內缺乏調控溫手段密切相關。

解決措施：采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，由于其具備第二熱源系統，能有效地調控爐內上下、里外的溫度，使氮化爐內溫度的均勻性與普通輝光離子氮化爐相比有較大的提高，這也是采用第二熱源或輔助加熱的最根本原因。溫度均勻性的提高，同一個零件的不同部位的溫差就會大幅縮小，也就會把熱應力產生的變形控制在微小的程度。

7. 結語

綜上所述，采用離子氮化爐中加入第二熱源及其技術，可以有效地解決普通輝光離子氮化生產中容易出現的質量問題，是輝光離子氮化設備的發展趨勢。