氮化處理又稱為擴散滲氮。氣體滲氮在1923年左右，由德年左右，由德國人Fry首度研究發展并加以工業化。由于經本法處理的制品具有優異的耐磨性、耐疲的耐磨性、耐疲勞性、耐性、耐蝕性及耐高溫，其應用范圍逐漸擴大。例如大。例如鉆頭、螺絲攻、擠壓模、壓鑄模、鍜模、鍜壓機用鍜造模、螺桿、機用鍜造模、螺桿、連桿、曲桿、曲軸、  吸氣及排氣活門及齒輪凸輪等均有使用。等均有使用。 

一、氮化用鋼簡介

   傳統的合金鋼料中之鋁、鉻、釩及鉬元素對滲氮甚有幫助。這些元素在滲氮溫度中，度中，與初生態的氮原子接觸時，就生成安定的，就生成安定的氮化物。尤其是鉬元素，不僅作為生成氮化物元素，亦作為降低在滲氮溫度時所發生的脆性。其他合金生的脆性。其他合金鋼中的元素，如中的元素，如鎳、銅、硅、硅、錳等，等

  對滲氮特性并無多大的幫助。一般而言，如果鋼料中含有一種或多種的氮化物生成元素，化物生成元素，氮化后的效果比較良好。其中鋁是最強的氮化物元素，含有化物元素，含有0.85～1.5％鋁的滲氮結果最佳。在含鉻的鉻鋼而言，如果有足而言，如果有足夠的含量，亦可得到很好的效果。但的含量，亦可得到很好的效果。但沒有含合金的碳鋼，因其生，因其生  成的滲氮層很脆，容易很脆，容易剝落，不落，不適合作為滲氮鋼。 

   一般常用的滲氮鋼有六種如下：如下：

         （1）含）含鋁元素的低合金鋼（標準滲氮鋼） 

         （2）含）含鉻元素的中碳低合金鋼 SAE 4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800  系。

         （3）熱作模具鋼（含（含約5％之％之鉻） SAE H11 （SKD – 61）H12，H13 

         （4）肥粒）肥粒鐵及麻田散鐵系不銹鋼     SAE 400系 

         （5）奧斯田鐵系不銹鋼    SAE 300系 

         （6）析出硬化型不）析出硬化型不銹鋼    17 - 4PH，17 – 7PH，A – 286等 

         含鋁的標準滲氮鋼，在，在氮化后雖可得到很高的硬度及高耐磨的表層，但其硬化，但其硬化層亦很脆。相反的，含鉻的低合金鋼硬度較低，但硬化低，但硬化層即比較有韌性，其表面亦有相性，其表面亦有相當的耐磨性耐束心性。因此及耐束心性。因此選用材料時，宜注意材料之特，宜注意材料之特徵，充分利用其，充分利用其優點，俾符合零件之功能。，俾符合零件之功能。

  至于工具鋼如H11（SKD61）D2（SKD – 11），即有高表面硬度及高心部），即有高表面硬度及高心部強度。

二、氮化處理技術：

        調質后的零件，在后的零件，在滲氮處理前須徹底清洗干凈，茲將包括清洗的滲氮工作程序分述如下： 

 （1）滲氮前的零件表面清洗 

      大部分零件，可以使用大部分零件，可以使用氣體去油法去油后立刻滲氮。但在滲氮前之最后加工方法若采用拋光、光、研磨、磨光等，即可能磨、磨光等，即可能產生阻礙滲氮的表面層，致使，致使滲氮后，后，氮化層不均勻或發生彎曲等缺陷。此曲等缺陷。此時宜采用下列二種方法之一去除表面層。第一種方法在滲氮前首先以氣體去油。然后使用油。然后使用氧化鋁粉將表面作abrassive cleaning 。第二種方法即將表面加以磷酸皮膜處（理（phosphate coating）。 

 （2）滲氮爐的排除空氣

      將被處理零件置于滲氮爐中，并將爐蓋密封后即可加熱，但加熱至150℃以前須作爐內排除空氣工作。 

      排除爐內的主要功用是防止氨氣分解時與空氣接觸而發生爆炸性氣體，及防止被處理物及支架的表面氧化。其所使用的化。其所使用的氣體即有氨氣及氮氣二種。 

        排除爐內空氣的要領如下：如下：

        ①被處理零件裝妥后將爐蓋封好，開始通無水氨氣，其流量盡量可能多。

        ②將加熱爐自動溫度控制設定在150℃并開始加熱（注意爐溫不能高于150℃）。

        ③爐中之空氣排除至10％以下，或排出之氣體含90％以上NH3時，再將爐溫升高至滲氮溫度。

        （3）氨的分解率 

        滲氮是鋪及其他合金元素與初生態的氮接觸而進行，但初生態氮的產生，即因生，即因氨氣與加熱中的鋼料接觸時鋼料本身成為觸媒而促進氨之分解。

      雖然在各種分解率的氨氣下，皆可滲氮，但一般皆采用15～30％的分解率，并按滲氮所需厚度至少保持4～10小時，處理溫度即保持在520℃左右。

        （4）冷卻 

        大部份的工業用滲氮爐皆具有熱交換幾，以期在滲氮工作完成后加以急速冷卻加熱爐及被處理零件即滲氮完成后，完成后，將加熱電源關閉，使爐溫降低約50℃，然后將氨的流量增加一倍后開始啟開熱交換機。此機。此時須注意觀察接在排氣管上玻璃瓶中，是否有中，是否有氣泡溢出，以確認爐內之正壓。等候導入爐中的氨氣安定后，即可減少氨的流量至保持爐中正壓為止。當爐溫下降至150℃以下時，即使用前面所述之排除爐內氣體法，體法，導入空氣或氮氣后方可啟開爐。

三、氣體氮化技術：

        氣體氮化系于1923年由德國AF ry 所發表，表，將工件置于爐內，利NH3氣直接輸進500～550℃的氮化爐內，保持20～100小時，使NH3氣分解為原子狀態的（的（N）氣與（H）氣而進行滲

 氮處理，在使理，在使鋼的表面產生耐磨、耐腐生耐磨、耐腐蝕之化合物層為主要目的，其厚度主要目的，其厚度約為0.02～0.02m／m，其性，其性質極硬Hv 1000～1200，又，又極脆，脆，NH3之分解率視流量的大小與溫度的高低而有所改變，流量愈大則分解度愈低，流量愈小分解度愈低，流量愈小則分解率愈高，分解率愈高，溫度愈高分解率愈高，度愈高分解率愈高，溫度愈低分解率亦愈低，率亦愈低，NH3氣在570℃時經熱分解如下： 分解如下： 

     NH3 →〔N〕Fe + 2/3 H2 

     經分解出來的N，隨而擴散進入鋼的表面形成。相的的表面形成。相的Fe2 - 3N氣體滲氮，一般缺，一般缺點為硬化層薄而氮化處理時間長。 

     氣體氮化因分解NH3進行滲氮效率低，故一般均固定效率低，故一般均固定選用適用于氮化之鋼種，如含有，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素，否化元素，否則氮化幾無法進行，一般使用有行，一般使用有JIS、SACM1新JIS、SACM645及SKD61以強韌化處理又稱調質因Al，Cr，Mo等皆為提高變態點溫度之元素，故淬火度之元素，故淬火溫度高，回度高，回

 火溫度亦較普通之構造用合金鋼高，此乃在高，此乃在氮化溫度長時間加熱之間，發生回火脆性，故生回火脆性，故預先施以調質強韌化處理。理。NH3氣體氮化，因化，因為時間長表面粗糙，硬而，硬而較脆不易研磨，而且磨，而且時間長不經濟，用于塑，用于塑膠射出形機的送料管及螺旋桿的氮化。

 四、液體氮化技術： 

        液體軟氮化主要不同是在氮化層里之有Fe3Nε相，相，Fe4Nr相存在而不含Fe2Nξ相氮化物， ξ相化合物硬脆在氮化處理上是不良于韌性的氮化物，液體化物，液體軟氮化的方法是將被處理工件，先除銹，脫脂，脂，預熱后再置于氮化坩堝內，坩堝內是以TF – 1為主鹽劑，被加，被加溫到560～600℃處理數分至數小時，依工件所受外力，依工件所受外力負荷大小，而荷大小，而決定氮化層深度，在深度，在處理中，必理中，必須在坩堝底部通入一支空氣管以一定量之空氣氮化鹽劑分解為CN或CNO，滲透擴散至工作表面，使工件散至工作表面，使工件表面最外層化合物8～9％wt的N及少量的C及擴散層，氮原子擴散入α – Fe基地中使鋼件更具耐。。。。。。

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Creat time:2009-9-10 17:36:17