活性屏离子氮化和脉冲离子氮化的对比试验研究

　　自离子渗氮技术问世以来，人们一直努力尝试利用渗氮技术提高齿轮的使用寿命，齿轮是传递动力的机械零件，尤其是高速高载荷条件下工作的航空发动机齿轮，要求齿轮传递能力大、耐磨性好和抗疲劳强度高[1]。由于普通直流离子渗氮存在固有的缺点，如温度不均匀、阴极溅射、工件打弧等，使其在处理齿轮时受到限制[2]。而活性屏在渗氮处理过程中，整个工件被金属屏包围着，工件处于悬浮状态[3]，离子轰击金属屏而不是工件表面，从而解决了直流离子渗氮技术多年来一直存在的边缘效应、空心阴极效应、打弧等问题，可以处理不同形状的工件，能方便地测量工件的温度，控制渗氮工艺过程[4-6]。因此，该文就活性屏离子渗氮和传统的离子渗氮作对比，研究在相同工艺条件下能否代替传统离子渗氮处理方法，并希望应用于某机型的生产。

　　1 试验方法

　　试验在辉光离子氮化炉内进行，试验气体为氨气。炉内放置两个试样，材质为38CrMoAl，试样A放置在自制活性屏内，试验B放在阴极盘上。试样装炉前先用丙酮，酒精清洗干净后干燥立即装入炉内。抽真空后通入NH3清洗，反复三次，尽量排除炉内的空气和器壁吸附的气体。然后通低气压，加低电压进行打弧，直至辉光稳定。调节电压到试验所需电压，靠辉光放电加热，待温度升至设定值后氮化5小时。试验结束后关闭电源和氨气，试样在NH3氛围内随炉冷却至室温取出。

　　2 试验结果与分析

　　2.1 金相观察

　　图1是经过活性屏离子渗氮和脉冲离子渗氮后的试样的金相组织图对比。从以上的金相组织对比可以看出，在相同工艺参数下，经过活性屏离子渗氮处理后的金相组织与直流离子渗氮的效果相当的接近，甚至还要优于直流离子渗氮，其主要原因在于：直流离子渗氮过程中，离子溅射主要发生在试样的表面，强烈的溅射会影响活性氮原子向基体内部的渗入。

　　而在活性屏离子渗氮中完全可以避免这个缺点，溅射主要发生在活性屏上，只有少量的溅射发生在处于绝缘状态的工件上，不但不会影响活性氮原子的渗入，微量的溅射还有利于对工件表面的清洗，制造表面的缺陷便于氮原子的吸收。

　　2.2 渗层能谱对比分析

　　图2、图3分别是试样A和试样B的扫描及氮元素的分析图。

　　从图2、3可以看出，在工艺条件下，经活性屏离子氮化和直流离子氮化后的试样扩散层中，氮元素的含量相当。

　　2.3 XRD对比分析

　　对渗氮后的试样做X射线衍射分析，图4是试样A的XRD图谱，图5是试样B的XRD图谱。