不锈钢氮化技术及配套设施详解

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氮化处理是指一种在一定温度下一定介质中使氮原子渗入工件表层的化学热处理工艺。经氮化处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温的特性。由于工艺技术的特点和获得性能不足，尤其对于不锈钢零件的处理，表面稳定的氧化膜问题使工艺的实施增加许多麻烦等。近年来，为了进一步扩展改善氮化工艺技术，使性能得到进一步提高，热处理工作者不断努力探索使氮化技术逐步向前推进，取得阶段性成果。

本文由东宇东庵热处理公司总结为解决有关技术人员对不锈钢氮化材料热处理过程中的各种问题，使其材料在热处理过程中获得合适组织与较好的性能，欢迎关注~收集总结一些氮化工艺技术亮点或突破，供给同行供参考。其主要目的：提供方法，拓宽改变思路，借鉴成果，以促进氮化工艺技术的提升和发展。

1.不锈钢的氮化

众所周知，对于不锈钢由于表面存在的稳定氧化膜问题，会阻止氮原子的渗入。不锈钢氮化的关键在于去除其钝化膜，钝化膜是不锈钢防锈和不能氮化的原因所在，所以要使不锈钢氮化，关键是去除表面的钝化膜。不锈钢氮化的目的在于提高其硬度，提高其耐磨性和抗侵蚀能力，在实施氮化前必须首先去除或活化氧化膜。传统的做法是：磷化、喷砂、酸洗或向炉内通入(添加)氯氟及硫磺系列的活化剂,去除或破坏保护膜使其表面活化,以有利于氮的渗入。然而,活化剂不仅对零件表面均有不同程度的损伤，而且对炉衬、加热元件和测试装置均有一定的伤害。

去除钝化膜的方法有化学法和机械法：

(1)喷砂。工件在渗氮前用细砂在0.15—0.25MPa的压力下进行喷砂处理，直至表面呈暗灰色，清楚表面灰尘后立即进炉。

(2)磷化。渗氮前对工件进行磷化处理，可破坏金属表面的氧化膜，形成多孔疏松的磷化层，有利于氮原子的渗入

(3)氯化物泡。将喷砂或精加工的工件用氯化物泡或涂覆，能有效地去除氧化膜。常用的氯化物有TiCl2和TiCl3。

通常进行渗氮处理的有铁素体型，马氏体型和奥氏体型不锈钢和耐热钢。

化学法是把工件泡在50%(体积)盐酸(温度70度)中，然后用水清洗干净。（东宇东庵是采用化学法使用还原性强的CL-离子化学药品将钝化膜去除）

2. 氮化处理工艺流程

2.1 真空干燥处理

将不锈钢制品放入真空干燥室中，在高温高真空条件下进行预处理。该过程主要是为了去除制品表面的水分和氧化物，以保证后续处理的效果。

2.2 氮化处理

将预处理后的不锈钢制品放入氮化炉中，在一定温度下与氨气反应生成氮化层。根据不同要求可分为浅层氮化和深层氮化两种方式。浅层氨化可提高制品表面硬度和耐磨性;深层氮化则可提高整体强度和耐腐蚀性。

2.3 冷却

将经过氮化处理后的不锈钢制品从炉内取出，进行自然冷却或水冷却。自然冷却时间较长，但能避免由于快速冷却导致的变形和裂纹;水冷却则能更快地降温，但容易引起变形和裂纹。

2.4 后处理

将经过氮化处理和冷却的不锈钢制品进行后处理，包括磨光、清洗、防锈等。此过程有助于保证制品表面光滑度和整体质量。

3. 工艺参数

3.1 氮化温度︰一般在400°℃-600℃之间。

3.2 氮化时间︰根据不同要求可在2-8小时之间。

3.3 气氛成分︰主要为氨气和氮气混合物。

3.4 真空度︰在真空干燥处理时应维持高真空状态。

3.5 冷却方式:可选择自然冷却或水冷却。

4. 注意事项

4.1 不锈钢材料必须进行表面清洁和抛光，否则会影响后续处理效果。

4.2 在进行氮化处理时应严格控制温度、时间和气氛成分等参数，以保证处理效果。

4.3 在进行冷却时应注意避免变形和裂纹的发生。

5.先进热处理设备及检测

为了可靠提升氮化质量和生产效率，降低生产成本，近年来，高性能智能化的氮化炉相继推出，并投入生产使用表现良好技术和经济效果。我公司引进韩国技术，研发制造出适合各类工件的智能化的氮化炉设备，（见图1）氮化工程按照要求设定温度及Kn值，通过将氮化炉与气氛控制系统的配套使用，实现了对热处理设备加工过程的精确化、自动化控制，PC全自动渗碳系统能够实现Kn、Kc、Ko的精确控制，运用于：不锈钢氮化处理，氮化处理，软氮化处理，氧化处理等热处理工艺，实现对氮化组织中的N%和C%的控制，以获得氮化组织和性能生产零件质量稳定可靠，其性能高于常规氮化质量，成本明显降低，表现优良的技术和经济效果。可以有效实现对氮势设定或可靠控制，获得不同工艺要求的氮化质量；配备了冷却机组（见图2），实现氮化完成后的快速降温，有效缩短工艺周期，并使表面能够得到较常规氮化更高的硬度；配备了高寿命氢探头，保证氮势的可靠调节或控制。

6. 主要适用产品

活塞环（Piston Ring）, 发动机气门（Engine Valve）.

图1 DONGWOO氮化炉

图2 冷却机组

东宇东庵多年使用验证，该氮化炉以节能减排，炉温均匀性为优势，推广使用将会彻底摆脱氮化质量不良，环境条件差的不利局面。

欢迎前来咨询东宇东庵热处理公司的不锈钢氮化加工及氮化炉设备业务，东宇东庵注重技术创新，不断吸取国内外技术，氮化工艺的推进和提升需要热处理工作者不断的努力创新，设备的改造更新也必须跟上热处理发展的步伐。消化吸收提高工艺水平装备的智能化是努力的方向，公司致力于开发制造性能优良、绿色节能、安全可靠的热处理设备，氮化炉主要供各种汽车零部件、机械零件、模具等金属材料的氮化处理，特别是在不锈钢氮化方面技术优势突出，可以为客户提供整套有效便捷的设备方案及热处理技术行业解决方案。有兴趣的朋友可以关注我们~