氮化处理技术.doc

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1、氮化處理技術氣體滲氮在1923年左右，由德國人Fry首度硏究發展並加以工業化。由於經本法處理的製品具有優異的耐磨性、耐疲勞性、耐蝕性及耐高溫，其應用範圍逐漸擴大。例如鑽頭、螺絲攻、擠壓模、壓鑄模、鍛壓機用鍛造模、螺桿、連桿、曲軸、吸氣及排氣活門及齒輪凸輪等均有使用。一、氮化用鋼簡介傳統的合金鋼料111之鋁、銘、飢及釦元索對滲氮甚有幫助。這些元索在滲氮溫度中，與初生態的氮原子接觸時，就生成安定的氮化物。尤其是銅元素，不僅作爲生成氮化物元素，亦作爲降低在滲氮溫度時所發生的脆性。其他合金鋼11」的元素，如鎳、銅、矽、鉢等，對滲氮特性並無多大的

2、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，氮化後的效果比較良好。其中鋁是最強的氮化物元索，含有0.85〜1.5%鋁的滲氮結果最佳。在含路的路鋼而言，如果有足夠的含量，亦可得到很好的效果。但沒有含合金的碳鋼，因其生成的滲氮層很脆，容易剝落，不適合作爲滲氮鋼。一般常用的滲氮鋼有六種如下：(1)含鋁元素的低合金鋼(標準滲氮鋼)(2)含銘元素的中碳低合金鋼SAE4100‘4300，5100，6100‘8600‘8700'9800系。(1)熱作模具鋼(含約5%之銘)SAEH11(SKD-61)H12H13(2)肥粒鐵及麻出散鐵系不

3、鋪鋼SAE400系(3)奧斯田鐵系不鑰鋼SAE300系(4)析出硬化型不鑼鋼17・4PH，17-7PH，A-286等含鋁的標準滲氮鋼，在氮化後雖可得到很高的硬度及高耐磨的表層，但其硬化層亦很脆。相反的，含銘的低合金鋼硬度較低，但硬化層即比較有韌性，其表面亦有相當的耐磨性及耐束心性。因此選用材料時，宜注意材料之特徵，充分利用其優點，俾符合零件之功能。至於工具鋼如Hll(SKD6DD2CSKD-11)即有高表面硬度及高心部強度。二、氮化處理技術：調質後的零件，在滲氮處理前須澈底清洗乾淨，茲將包括清洗的滲氮工作程序分述如下：(1)滲氮前的零件

4、表面清洗大部分零件，可以使用氣體去油法去油後立刻滲氮。但在滲氮前之最後加工方法若採用拋光、硏磨、磨光等，即可能產生阻礙滲氮的表面層，致使滲氮後，氮化層不均勻或發生彎曲等缺陷。此時宜採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。然後使用氧化鋁粉將表面作abrasivecleaning。第二種方法即將表面加以磷酸皮膜處理(phosphatecoaling)°(1)滲氮爐的排除空氣將被處理零件置於滲氮爐中，並將爐蓋密封後即可加熱，但加熱年150°C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

5、爆炸性氣體，及防止被處理物及支架的表面氧化。其所｛吏用的氣體即冇氨氣及氮氣二種。排除爐內空氣的要領如下：(1)被處理零件裝妥後將爐蓋封好，開始通無水氨氣，其流量盡量可能多。(2)將加熱爐之自動溫度控制設定在150°C並開始加熱(注意爐溫不能高於150°C)。(3)爐中之空氣排除至10%以下，或排出之氣體含90%以上之NH.時，再將爐溫升高至滲氮溫度。(2)氨的分解率滲氮是鋪及其他合余元素與初生態的氮接觸而進行，但初生態氮的產生，即因氨氣與加熱中的鋼料接觸時鋼料本身成爲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，但一般皆採用1

6、5〜30%的分解率，並按滲氮所需厚度至少保持4〜10小時，處理溫度即保持在520°C左右。(1)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後加以急速冷卻加熱爐及被處理零件。即滲氮完成後，將加熱電源關閉，使爐溫降低約50°C，然後將氨的流量增加一倍後開始啓開熱交換機。此時須注意觀察接在排氣管上玻璃瓶中，是否有氣泡溢出，以確認爐內之正壓。等候導入爐屮的氨氣安定後，即可減少氨的流量至保持爐屮正壓爲止。當爐溫下降至i5(rc以下時，即使用前面所述之排除爐內氣體法，導入空氣或氮氣後方可啓開爐蓋。三、氣體氮化技術：氣體氮化系於192

7、3年由德國AFry所發表，將工件置於爐內，利NH,氣直接輸進500〜550°C的氮化爐內，保持20〜100小時，使NIL氣分解爲原子狀態的(N)氣與(H)氣而進行滲氮處理，在使鋼的表面產生耐磨、耐腐蝕之化合物層爲主要目的5其厚度約爲0.02〜0.02m/m，其性質極硬Hv1000〜1200，又極脆，也之分解率視流量的大小與溫度的高低而冇所改變，流量愈大則分解度愈低，流量愈小則分解率愈高，溫度愈高分解率愈高，溫度愈低分解率亦愈低，氣在570°CU寺經熱分解如下：NH3->[N〕Fe+2/3H2經分解出來的N，隨而擴散進入鋼的表面形成。相

8、的Fe2,N氣體滲氮，一般缺點爲硬化層薄而氮化處理時間長。氣體氮化因分解凡進行滲氮效率低，故一般均固定選用適用於氮化之鋼種，如含有Al，Cr，Mo等氮化元素'否則氮化幾無法進行'一般使用有JTS、SACM