離子滲氮具有滲氮速度快，滲層性能好、節(jié)能環(huán)保等優(yōu)點(diǎn)，能有效提高鋼鐵金屬零件的耐磨性、疲勞強(qiáng)度、抗蝕性及抗燒性等性能。在現(xiàn)代制造業(yè)中得到了廣泛應(yīng)用。
近年來(lái)出現(xiàn)了一些新的離子滲氮、等離子體源技術(shù)，如活性屏離子滲氮、等離子體源離子滲氮技術(shù)有著明顯的設(shè)備和工藝優(yōu)勢(shì)，可能成為離子滲氮技術(shù)的發(fā)展方向。
汽車模具的特點(diǎn)
汽車模具一般分為兩大類：一是冷作模具，如汽車覆蓋件類模具；二是熱作模具，如汽車的一些配件熱鍛模具。
1.冷作模具
汽車制造業(yè)中大型冷作模具主要是汽車覆蓋件類模具，其外型尺寸大，質(zhì)量大，主要為鑄鐵或鑄鋼制造。這些模具的使用壽命主要取決于模具材料、制造和裝配精度以及模具表面的耐磨性。在汽車工業(yè)中，轎車大型覆蓋件拉延成型模具常用灰鑄鐵、球墨鑄鐵、合金鑄鐵或鑄鋼制造，模具外形尺寸達(dá)5-6m，模具單件質(zhì)量達(dá)20-30t。并且由于現(xiàn)代轎車覆蓋件模具正向高效長(zhǎng)壽命和大型高精度方向發(fā)展，模具形狀愈來(lái)愈雜，對(duì)模具要求也越來(lái)越高。離子滲氮技術(shù)目前已經(jīng)成為大型鑄鐵新模具或維修舊模具延長(zhǎng)其使用壽命和改善模具沖壓件質(zhì)量的主要手段。生產(chǎn)實(shí)踐表明，影響鑄鐵模具離子滲氮質(zhì)量的主要因素為模具滲氮前表面凈化處理、滲氮后的表面加工、化合物層厚度和次表層硬化效果。
2.熱作模具
汽車熱作模具種類繁多，模具工作條件和失效形式復(fù)雜。此類熱鍛模具在熱態(tài)下工作時(shí)，模具工作表面要承受反復(fù)的加熱和冷卻，產(chǎn)生一定的熱應(yīng)力；同時(shí)還需反復(fù)承受不同程度的機(jī)械應(yīng)力，尤其要承受很大的動(dòng)載應(yīng)力，使模具材料內(nèi)部受到交變的拉壓應(yīng)力，從而使金屬組織內(nèi)產(chǎn)生晶格空位，逐步形成微細(xì)裂紋，造成型腔龜裂。另外，由于模具冷卻不佳，會(huì)發(fā)生粘模現(xiàn)象，使模具表面溫度升高，塑性增加，模腔在壓應(yīng)力和剪應(yīng)力不斷的作用下，產(chǎn)生型腔變形。一般來(lái)說(shuō)，汽車熱作模具使用壽命都比較低。為了延長(zhǎng)模具使用壽命，必須正確選擇模具材料，改善原材料質(zhì)量和采用先進(jìn)的熱處理工藝，提高模具熱處理質(zhì)量，模具的正確裝配和操作也是重要因素。并非所有模具都需要或都適合表面強(qiáng)化處理，不正確的表面強(qiáng)化處理可能造成模具過(guò)早失效。
汽車熱制作模具種類繁多，模具工作條件和失效形式復(fù)雜，模具工作表面要承受反復(fù)的加熱和冷卻，因而一般汽車熱作模具使用壽命都比較低。現(xiàn)以汽車某一熱擠壓齒輪模滲氮為例，介紹滲氮工藝及其具體的操作過(guò)程。
(1)滲氮前的熱處理。熱擠壓齒輪模滲氮前的具體熱處理工藝為：首先加熱到1050℃后淬火，然后進(jìn)行2-3次回火處理，回火溫度為580℃。此時(shí)膜具的硬度為400-450HV。必須注意熱處理中回火工序的加熱溫度至少要比滲氮溫度高20℃一40℃。否則，模具在氮化過(guò)程中，由于氮化溫度超過(guò)了回火溫度，使回火后的基體組織及力學(xué)性能發(fā)生變化，零件產(chǎn)生無(wú)規(guī)律變形。
(2)把模具表面進(jìn)行去污、脫油處理，再裝爐。抽真空，當(dāng)真空度為10-20Pa時(shí)，通NH3，當(dāng)氣壓為500Pa時(shí)開(kāi)啟電源，設(shè)定放電電壓為760-780V，繼續(xù)通氣，當(dāng)氣壓達(dá)到2000-3000Pa時(shí)停止通氣。同時(shí)升溫到520℃，保溫10-11h后關(guān)機(jī)取出模具。
(3)溫度控制。對(duì)于熱擠壓模，它的滲氮溫度一般為510℃-550℃。雖然滲氮層的厚度隨滲氮處理溫度的升高而增加，但其抗腐蝕性能則隨著滲氮處理溫度的升高而下降。因此滲氮溫度過(guò)高反而不好，它會(huì)使氮化物粗化、表層硬度下降并降低抗粘模能力；而同時(shí)滲氮溫度低時(shí)滲氮層薄，滿足不了使用要求。
(4)滲氮時(shí)間。為了提高熱擠壓齒輪模具的壽命，根據(jù)生產(chǎn)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)，要求模具的滲層深度達(dá)到0.2-0.3mm，所以需要滲氮10-11h，滲氮這么長(zhǎng)時(shí)間后能達(dá)到所要求的厚度。
(5)滲氮?dú)夥?。熱擠壓齒輪模的滲氮?dú)夥諡榧僋H3，主要是因?yàn)槭褂眉僋H3非常方便，價(jià)格便宜，并且獲得滲層組織硬度高，耐磨性好但用純NH3容易造成零件溫度不均勻(受分解率的影響)，并且滲氮層的組織無(wú)法控制，滲層脆性大，因此只適于要求不高的模具。熱擠壓齒輪模疲勞強(qiáng)度較低，不受沖擊載荷，所以使用NH3能滿足使用要求。
(6)氣體壓力。熱擠壓齒輪模的滲氮壓力約為2000-3000Pa，比常用離子滲氮壓力高，這樣既可以加快離子滲氮速度，又可以使?fàn)t里溫度均勻。
(7)放電電壓。熱擠壓齒輪模采用的放電電壓為760-780V。電壓越高，離子的能量就越大，因此放電電壓能加快離子滲氮速度，影響零件尺寸，使膨脹量增大。
(8)離子滲氮電源。熱擠壓齒輪模采用的脈沖電源，因?yàn)槊}沖電源較傳統(tǒng)的直流電源相比，它有利于對(duì)復(fù)雜表面進(jìn)行離子滲氮，保證零件表面不受弧光損傷、節(jié)約能源等優(yōu)點(diǎn)，所以目前國(guó)內(nèi)大多數(shù)采用脈沖電源。
使用效果：熱擠壓齒輪模經(jīng)過(guò)離子滲氮后，表面硬度提高了近200HV左右。裝配好后試機(jī)試生產(chǎn)表明，經(jīng)過(guò)離子滲氮后，熱擠壓齒輪模具能夠擠壓生產(chǎn)零件2000-2200個(gè)，而沒(méi)有進(jìn)行離子滲氮的模具只能擠壓生產(chǎn)零件800-1000個(gè)，模具壽命提高了2倍多。
采用離子滲氮技術(shù)能進(jìn)一步提高汽車模具使用壽命，在模具表面形成一層比基體材料硬度和強(qiáng)韌性更高的耐疲勞滲氮層，可以在保持模具表面減少熱疲勞裂紋的萌生與擴(kuò)展前提下，充分發(fā)揮離子滲氮提高模具抗熱變形和熱磨損的能力，使模具壽命大大延長(zhǎng)。
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