离子氮化是什么原理？

我来放点干货。

离子氮化和真空PVD镀层组合的应用

1、工艺

等离子渗氮是一种十分有效的生成界面膜层的热处理方式。辉光放电等离子体中氮扩散进入膜层中从而增强工件表面硬度。工艺过程中待处理工件为阴极，通入混合气体，在数百伏特及10-50Pa压力下对阳极施偏压。阴极势降中，由于基体表面温度高达450°C以上，氮离子获得加速并撞击基体表面从而氮元素渗入工具内部。通过这种方式可形成含铁或铬、钼、铝及镁等的氮化物化合层及扩散层。其表面硬度可达1000HV甚至更高。通常工件表面主要为被称之为白亮层的氮化合物。氮含量可以根据应用需要进行调节甚至完全抑制以便为后续的硬质材料涂层创造更好的表面条件。生成的扩散层从工件表面至核心随深度其硬度降低非常平缓。

在工业化沉积硬质膜方面，电弧蒸发工艺因为其简单便捷而占据着非常重要的地位。工艺过程中，涂层金属因为所产生的电弧在表面边界快速移动而获得蒸发、电离，在工件上通负偏压情况下,金属离子加速撞击到工件上。电弧蒸发工艺单纯采用物理方法使金属蒸发，而不包括任何中介挥发性化合物，因此是一种典型的PVD（物理气相沉积）工艺。通过添加含氮或含碳气体，可形成氮化物和碳化物金属薄膜。薄膜具有非常高的微硬度（TiN约2500HV、CrN约2100HV、TiCN约3000HV、AlTiN约3000HV、CrAlN约3600HV）、低摩擦性能和很好的化学惰性。通常当工艺温度在180°C以上时,可以获得高质量的涂层。因此PVD工艺也可适用于渗碳钢。氮化和涂层技术的特点使对总体长度随PVD设备大小不一。

2、工具疲劳

当材料的选择和热处理类型以优化工件表面的抗磨损性能为目的时，常常会损坏核心材料硬度,因此工件容易形成一定程度的裂缝和破损。离子氮化作为一种边界层热处理方法，使边界层高硬度和核心韧度的兼有成为可能。根据材料和氮化工艺，表面硬度可以达到1000HV以上。氮化硬度的深度可以通过工艺温度和时间进行调节，根据要求其深度可以是几个微米到几十个毫米。大量氮的掺入使边界层中产生残余压应力。来自外界的交变载荷叠加在此静态压应力之上。在边界上产生的张应力减小。同样，最大残余张应力位移至组件的裂缝不敏感内部区域。结果反向弯曲应力下的疲劳强度增加。

3、磨损

在极大机械应力的情况下，离子氮化和硬质涂层的组合处理便表现出极大的优势，因为表面充分硬化的材料可能发生塑性变形，并可能压入基层材料。离子氮化和涂层工艺为工件抗裂缝磨损能力的改善及获得具有核心韧性的硬质表面创造了条件。

工件韧性通过硬化工艺获得,在进行氮化处理后硬度增加到1000HV。表面的硬度等级直接由镀层来决定。为了有效地遏制磨损，通常采用硬质镀层

，因为它们的硬度通常比典型硬质颗粒的硬度大。