辉光离子氮化容易出现的问题及解决措施

河北华北柴油机有限责任公司 （石家庄 050081） 冯 涛 王冬雁

辉光离子氮化与气体氮化相比具有氮化时间快，氮化层脆性小，以及节约氨气用量等优点，但实际生产中也存在着一些经常出现且不容易解决的问题。本文主要介绍辉光离子氮化零件常见的问题，分析了问题产生的原因，并提出解决措施。

1. 辉光离子氮化零件圆角处、孔口处、齿顶角处等会出现不均匀的黑带

原因：因为辉光离子氮化炉不具备独立的可任意调控的第二热源或辅助热源，全靠离子轰击加热，为了达到氮化工艺温度，需用强辉光，脉冲占空比往往在0.7以上、趋向直流，导致尖角、空芯阴极等效应较强，在圆角处和孔口位温度较高产生脱碳，而炉内较大温差和气氛分布的不均匀，使得黑带有差别。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，运用中热中辉（辉光强度中等）或强热弱辉，能有效地抑制尖角和空芯阴极效应，而且把炉内上下里外温度调控在±5℃以内，基本解决了氮化件这些部位的脱碳问题。

2. 辉光离子氮化零件圆角处、接合部等会出现软带

原因：因为辉光离子氮化炉全靠强辉光加热而达到氮化工艺温度，在圆角处和接合部的辉光重叠起到屏蔽作用，致使产生软带；而辉光越强软带越明显。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，就能运用中高强度的辅助热源与中低强度的辉光把屏蔽减弱到很小，几乎不产生软带。

3. 辉光离子氮化不锈钢阀零件经离子氮化后反而易生锈

原因：对于316L或双向不锈钢等阀件或球体做离子氮化，需要强辉才能达到氮化温度，而在420℃以上随着辉光越强离子轰击溅散越大，致使材料表面铬碳的散失，这样反而易被腐蚀。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，在氮化工艺温度时炉内温差≤±5℃的条件下，以较强的辅助热源和中弱的辉光强度进行工艺生产，就能避免不锈钢阀件表层脱铬问题。但是，要注意把握好在≤400℃过程中先用中强辉光消除不锈钢表面钝化膜，而后再开启辅助热源，同时逐步降低辉光强度。

4. 辉光离子氮化大而重的模具很难升到氮化工艺温度

原因：这是因为辉光离子氮化炉完全依靠强辉光轰击工件而产生的热量加热工件，而离子加热与工件表面积密切相关，也与大模具表面积与重量比较悬殊相关，当有限的加热能量与炉子的散热损失达到平衡时，炉内温度升不上去是必然现象，除非提高设备限定电压等性能参数和加强炉子的保温性能或增加阴极板片等辅助设施。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，离子氮化不再受工件表面积与重量比悬殊的限制，通过对第二热源电源功率的不同配置，不仅能保证最高使用温度650℃时炉内温差≤±5℃，还能保证最高使用温度950℃时炉内温差≤±5℃。

5. 辉光离子氮化炉对钛材零件的氮化处理效果不佳

原因：辉光离子氮化炉调控炉内温差功能缺失，在辉光最高电压1000V的条件下升温到600℃以上很困难，而钛材零件要形成TiN，氮化工艺温度应该在650℃以上，并且炉内温差越小越好。

现在，有些企业在辉光离子氮化炉里运用空心阴极效应做小件钛材零件的氮化处理，不但应用成本高，而且稳定化生产难，很难达到期望的效果。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，就能够很好地满足钛材零部件氮化处理的温度以及均匀性要求，并在实际加工中取得了较好的效果。

6. 离子氮化后的零件会变形超差

原因：零件经离子氮化后出现的变形超差问题，应综合分析解决。首先，要看材料及毛坯成形的预处理，即去应力退火是否符合规范要求，还要看在机加工后的机加应力是否退火处理，再则是手段和工艺即等离子氮化设备是否满足生产要求和工艺是否成熟。

就普通辉光离子氮化炉而言，因需要较强的辉光加热与渗氮，其零部件不同几何形状处的温度是不一样的，其散热状况也是不一样的，会产生热应力变形；而且与零部件的安放、工装的设计有关，与炉内缺乏调控温手段密切相关。

解决措施：采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，由于其具备第二热源系统，能有效地调控炉内上下、里外的温度，使氮化炉内温度的均匀性与普通辉光离子氮化炉相比有较大的提高，这也是采用第二热源或辅助加热的最根本原因。温度均匀性的提高，同一个零件的不同部位的温差就会大幅缩小，也就会把热应力产生的变形控制在微小的程度。

7. 结语

综上所述，采用离子氮化炉中加入第二热源及其技术，可以有效地解决普通辉光离子氮化生产中容易出现的质量问题，是辉光离子氮化设备的发展趋势。