不銹鋼多用于強化學腐蝕的工況下,在醫藥、食飲等民用加工業得到廣泛的應用。但由于硬度低、耐磨性差,使其在許多場合應用受到制約。如在顆粒懸浮液中、零件處于相對摩擦工況時,耐磨性就成為突出矛盾。近20年來,離子滲氮技術的發展和完善為不銹鋼表面硬化開創了重要的技術途徑,離子滲氮已成為不銹鋼、鈦及其合金表面強化方法的較好選擇。

　　1、離子滲氮處理不銹鋼的優點

　　(1) 不銹鋼表面通常由一層*薄**密的鈍化膜(Cr2O3、Fe2O3、NiO等)所覆蓋。這種鈍化膜堅固穩定,具有很強的阻滲效應。在離子滲氮的工況下,由于等離子以高速能勢連續轟擊工件以及由此產生的濺射效應,可、全過程地摧毀不銹鋼表面的原生鈍化膜和再生鈍化膜,活化金屬亞表層,從而利于氮的吸附和擴散。

　　(2)離子滲氮在保持較高表面硬度的同時,能夠硬化層深度,從而獲得更密實的滲氮層。密實的滲氮層是獲得高耐磨性的前提,有研究證明,離子滲氮的零件比氣體滲氮的零件耐磨性高 1倍,且滲層梯度平緩,與基體無明顯界限,通常可在 500 ~550℃下進行,離子滲速是氣體滲速的2倍。

　　(3) 離子滲氮是在較低的溫度和較快的速度下進行,故零件耐蝕性比氣體滲氮要好,光潔度更好,滲氮后單面增量形變不大于 0.02mm,比氣體滲氮小1倍,可作為件的**一道加工工序。

　　(4) 離子滲氮可采用遮蓋法進行局部掩蓋來實現零件局部表面滲氮,使未滲氮的不銹鋼表面仍保持原有的耐蝕性。

　　(5) 離子滲氮可較充分的控制滲層組織,可添加催滲劑提高滲氮效果。試驗表明,采用丙酮、稀土元素、鈦和多種活化劑共滲,滲速可提高 20%左右。

　　2、滲氮不銹鋼的選材

　　2、1　滲氮不銹鋼分類滲氮不銹鋼主要包括馬氏體不銹鋼、奧氏體不銹鋼與沉淀硬化型不銹鋼 3類。其中馬氏體系列的主要有 1Cr13、2Cr13、3Cr13、1Cr5Mo、1Cr13Al與 2Cr13Mo等; 奧氏體系列的主要有: 0Cr18Ni9、1Cr18Ni9、1Cr18Ni9Ti、Cr18Ni12Mo2Ti與 4Cr14Ni14W2Mo等;還有以 0Cr17Ni4Cu4Nb為代表的沉淀硬化型不銹鋼系列,均有良好的滲氮硬化效果。另外,鐵素體的Cr17、Cr17Ti及馬氏體奧氏體的 15CrMoV等也有良好的滲氮效果。

　　2、2　滲氮不銹鋼的選材從可滲性好的角度出發,選用與氮親合力強的多合金元素不銹鋼有利于滲氮處理。首先這些元素可使基體組織在較高溫下具有穩定性,因此可使零件在較高溫度下進行滲氮,也使零件變形減小,滲氮時間縮短。有資料表明,鋼中含有 0.6% ~1%釩,不但能細化晶粒,而且滲氮時在晶粒內部和晶粒邊界析出分散的氮化物,消除鉻鋼在滲氮時沿晶粒邊界的連續氮化物網,顯著提高滲層的耐磨性和抗疲勞強度,適于零件保持高精度。不銹鋼中含鈦對滲氮也有良好的影響,不但可以在高溫下保持組織的穩定性,而且是滲氮的催滲劑。當鋼中鈦與碳比(質量比 )為 6 5 ~9 5時,可使滲氮層硬度明顯提高,含鈦鋼的滲氮溫度可在600℃下進行,滲氮后可用于中等負荷、 高摩擦和交變負荷下工作。合金元素可以在滲氮亞表面層形成細小彌散堅硬的氮化物骨架,如Cr2N,硬度可達1600HV;含Mo的合金鋼,滲氮后形成氮碳化合物,硬度可達1800HV;Ti的滲氮物Ti2N、TiN硬度為 1200 ~2000HV;V的滲氮物硬度可達 1900HV;含Al鋼對滲氮效果更有獨到之處。實踐證明,馬氏體不銹鋼比奧氏體不銹鋼更易滲氮處理。如 2Cr13 不銹鋼離子滲氮 8h, 可形成0. 15mm的滲層和 700 ~800HV的硬度;而 1Cr18Ni9經離子滲氮 10h僅能形成 0. 08 ~0. 12mm的滲層,即使再延長時間,其后的滲速也很慢,可見在耐蝕性允許的情況下,為提高耐磨性 ,應優先考慮馬氏體不銹鋼可滲性好的優勢。通常奧氏體不銹鋼在滲氮過程中,因氮在其中的擴散系數遠低于αFe,大量合金元素的存在(例如 1Cr18Ni9Ti含合金元素 30%左右,是 2Cr13的 2倍),它們將阻礙氮原子擴散過程的進行,因此可以獲得較高表面硬度,而要獲得較深滲層厚度就比較困難。

　　2、3　滲氮不銹鋼的使用范圍馬氏體不銹鋼中, 1Cr13、2Cr13、3Cr13在 30℃以下、弱腐蝕介質中(如鹽水、某些低濃度有機酸、硝酸 )均有良好的耐蝕性,對海水、淡水、水蒸汽、空氣等,也有足夠的耐蝕性;Cr17、Cr17Ti可耐氧化性酸類,如一定溫度和濃度的硝酸,以及大部分有機酸 (醋酸、蟻酸、乳酸、草酸除外 )和有機鹽的水溶液;Cr17MoTi抗酸性更高,例如對有機酸(醋酸、果酸及其熱酸 ),其耐蝕性甚至比 1Cr18Ni9還好。奧氏體不銹鋼中,以1Cr18Ni9Ti為代表,通常用在強腐蝕介質中 ,特別是Cr18Ni12Mo2Ti,耐蝕性更好,多用在低濃度硫酸,沸騰磷酸、蟻酸、醋酸 、尿素,制堿等行業,以及低分子環烷酸、低分子脂肪酸制作設備,用于食飲、醫藥業,產品更“ 綠化”。以上材料,經離子滲氮處理后,均可達到表面硬化效果,多用于離心泵的口環、軸保護套 、葉輪、承磨環、柱塞泵的活塞、連桿套等,以及攪拌器下軸套、離心機推料盤、刮刀、以及高壓閥座及閥桿等,使用壽命成倍增加。