离子化学热处理技术的现状

 1．离子化学热处理的机理与组织性能研究 离子化学热处理是在低温等离子体中进行的，存在各种高能离子、高能电子以及高能中性原子等粒子，因而决定了离子化学热处理反应的复杂性。
关于离子化学热处理的机理，目前公认观点大致有以下几种：
(1)溅射与沉积理论这是1965年J.Kölbel在研究和完善B.Berghous的离子轰击模型的基础上提出来的，他认为：离子渗氮时，渗氮层是通过阴极溅射反应而形成的。
(2)分子离子理论 1973年，M.Hudis根据4340钢在溅射很弱的情况下，仍然可以得到显著的硬化效果这一事实得出：在离子渗氮时，虽然溅射很明显，但这不是主要的控制因素，对渗氮起决定作用的是氮氢分子离子化的结果，并认为氮离子也能渗氮。
(3)中性氮原子模型 1974年，G.Tibbetts在N2-H2混合气离子渗氮时，于试样外加一网状栅极，以滤掉轰向试样的正离子，只让不带电荷的中性粒子到达试样。试验表明，有、无栅极的状况下，渗氮效果相同。因此，G.Tibbetts认为，对离子渗氮起作用的实质上是中性氮原子，NH2+离子的作用是次要的。
(4)活性氮原子碰撞离析理论这是我国学者在20世纪80年代提出的，他们认为，活性氮原子在离子渗氮过程中起决定作用。 从上述几种离子化学热处理机理不难看出，各种结论都是在相对独立的条件下得到的，过于强调某一种粒子的作用，弱化了其他粒子的贡献。离子渗氮显然不同于气体渗氮，等离子场组成复杂，各种粒子交互作用，共同完成了离子渗氮过程。在一般状况下(而不是某种特定的试验条件)，哪一种粒子的贡献更大，仍然是值得深入研究的。 对离子化学热处理后所获得的各种渗层组织与性能的研究，我国的科技工作者一直没有停止这方面的工作。由于处理过程在低压无氧化的气氛中进行，较之于常规化学热处理，其渗层质量更好，综合力学性能更高，特别是离子渗氮层组织结构可控的特点，在实际生产中得到广泛应用。如通过调整炉气成分可获得耐蚀性较好的单一ε相结构或韧性较高的单一γ′相结构的化合物层；为减小高速钢渗氮处理后脆性增加的问题，可改变工艺参数，以获得无化合物层的渗层结构等。近几年，许多单位又在复合处理方面下了较大功夫，尤其是对离子渗硫(及其复合处理)层的组织和性能进行了大量研究，使得该项技术得以长期发展。