軟氮化
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軟氮化是一種化學(xué)熱處理工藝，主要用于提高金屬零件的表面性能。
一、軟氮化的原理
軟氮化是在含有活性氮、碳原子的介質(zhì)中，在低于滲碳溫度下進(jìn)行的化學(xué)熱處理過程。它以滲氮為主，同時也有少量的滲碳。在處理過程中，氮原子在零件表面形成氮化層，氮原子會滲入金屬表面并與鐵及合金元素形成各種氮化物，如氮化鐵（Fe?N、Fe?N 等）。這些氮化物彌散分布在金屬的表層，使零件表面的硬度、耐磨性、抗咬合性和抗蝕性等性能得到顯著提高。
二、軟氮化的工藝過程
- 預(yù)處理
- 零件在進(jìn)行軟氮化之前，需要進(jìn)行徹底的清洗和脫脂處理。這是因?yàn)榱慵砻娴挠臀邸㈣F銹等雜質(zhì)會影響氮原子的滲入效果。通常采用有機(jī)溶劑清洗、酸洗或堿洗等方法來清除這些雜質(zhì)。例如，對于鋼鐵零件，可以用汽油或三氯乙烯等有機(jī)溶劑去除油污，然后用稀鹽酸酸洗去除鐵銹。
- 有時候還需要對零件進(jìn)行機(jī)械加工，保證其表面粗糙度達(dá)到軟氮化工藝的要求，一般要求表面粗糙度 Ra 值在 0.8 - 3.2μm 之間，這樣有利于氮原子的吸附和擴(kuò)散。
- 裝爐
- 將預(yù)處理好的零件裝入軟氮化爐中。軟氮化爐可以是井式爐、箱式爐等。在裝爐時，要注意零件的擺放，保證爐內(nèi)氣體能夠均勻地環(huán)繞零件，使?jié)B層均勻。例如，對于形狀復(fù)雜的零件，要避免相互堆疊，盡量采用合適的夾具將零件分開，以確保各個表面都能與滲氮介質(zhì)充分接觸。
- 軟氮化處理
- 氣體軟氮化是比較常用的方法，常用的氣體介質(zhì)有氨氣（NH?）和吸熱式氣體（如以天然氣或丙烷為原料制備的氣體）。氨氣在高溫下分解產(chǎn)生氮原子，吸熱式氣體提供活性碳原子。在軟氮化過程中，通過控制氣體的流量、爐內(nèi)壓力和溫度等參數(shù)來控制滲層的質(zhì)量。
- 液體軟氮化主要是利用鹽浴進(jìn)行處理。鹽浴的成分一般包括氰酸鹽、碳酸鹽等。零件在鹽浴中浸泡時，氰酸鹽分解產(chǎn)生氮原子和碳原子，滲入零件表面。不過液體軟氮化后的零件需要進(jìn)行嚴(yán)格的清洗，以去除表面殘留的鹽浴成分。
- 固體軟氮化是將零件埋入含有供氮劑（如尿素）和活化劑的固體介質(zhì)中，在加熱過程中，供氮劑分解產(chǎn)生氮原子并滲入零件表面。這種方法操作相對復(fù)雜，應(yīng)用不如氣體和液體軟氮化廣泛。
- 軟氮化的溫度一般在 520 - 590℃之間。這個溫度范圍低于傳統(tǒng)滲碳溫度，有利于減少零件的變形。處理時間根據(jù)零件的材料、尺寸和性能要求等因素而定，一般在 1 - 6 小時之間。
- 軟氮化所采用的介質(zhì)主要有氣體、液體和固體三種。
- 冷卻和后處理
- 軟氮化處理完成后，零件需要緩慢冷卻，以防止產(chǎn)生過大的熱應(yīng)力。一般采用隨爐冷卻或在保護(hù)氣氛下冷卻的方式。
- 冷卻后的零件可能需要進(jìn)行一些后處理，如研磨、拋光等，以達(dá)到最終的尺寸精度和表面質(zhì)量要求。同時，對于液體軟氮化的零件，還需要進(jìn)行徹底的清洗和防銹處理。
三、軟氮化的應(yīng)用范圍
- 機(jī)械制造領(lǐng)域
- 在模具制造中，軟氮化可以提高模具的耐磨性和抗粘附性。例如，壓鑄模具經(jīng)過軟氮化處理后，能夠有效防止鋁合金等金屬液對模具表面的沖刷和粘附，從而延長模具的使用壽命。
- 對于一些要求高精度的機(jī)械零件，如機(jī)床的主軸、絲杠等，軟氮化可以提高其表面硬度和耐磨性，同時保持零件的心部韌性，減少在高速運(yùn)轉(zhuǎn)過程中的磨損和變形。
- 汽車工業(yè)
- 汽車發(fā)動機(jī)中的一些零件，如氣門、活塞環(huán)等，采用軟氮化處理后，可以提高其耐磨性和抗腐蝕性。氣門在高溫、高速的工作環(huán)境下，軟氮化層能夠有效防止氣門與氣門座之間的磨損和咬合；活塞環(huán)經(jīng)過軟氮化處理后，可以更好地適應(yīng)氣缸壁的摩擦環(huán)境，減少機(jī)油消耗，提高發(fā)動機(jī)的效率。
- 航空航天領(lǐng)域
- 航空航天零件對材料性能要求極高。軟氮化可以用于一些航空發(fā)動機(jī)零部件和飛機(jī)起落架等部件的表面處理，增強(qiáng)其抗疲勞性能和耐腐蝕性能，以滿足航空航天零件在惡劣環(huán)境下的使用要求。
四、軟氮化與其他表面處理工藝的比較
- 與硬氮化的比較
- 硬氮化溫度較低，一般在 480 - 530℃，軟氮化溫度稍高。硬氮化主要形成高硬度的氮化層，如純鐵在硬氮化后表面硬度可高達(dá) 900 - 1200HV，而軟氮化后的硬度相對較低，通常在 500 - 900HV 之間，但軟氮化層的韌性更好。硬氮化層較薄，一般在 0.01 - 0.06mm，軟氮化層厚度可達(dá) 0.02 - 0.8mm。
- 與滲碳的比較
- 滲碳溫度較高，一般在 900 - 950℃，而軟氮化溫度低，所以軟氮化處理后零件的變形小。滲碳主要是提高零件的表面含碳量，通過淬火和回火后形成高硬度的馬氏體組織來提高耐磨性，而軟氮化是通過形成氮化物來提高表面性能。滲碳層的硬度在 58 - 64HRC 之間，軟氮化層硬度范圍如前面所述有所不同。并且滲碳處理后的零件抗蝕性相對較弱，軟氮化后的零件抗蝕性較好。
