檢視滲氮的原始碼

{| class="wikitable" style="float:right; margin: -10px 0px 10px 20px; text-align:left"
|<center>'''滲氮'''<br><img src="http://www.qdfengdong.com/UploadFiles/FCK/2015-12/6358473104342163125077301.JPG" width="280"></center><small>[http://www.qdfengdong.com/Article/sdclgdsclz_1.html 圖片來自qdfengdong]</small> 
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'''滲氮'''（Nitriding）也稱為'''氮化'''，是[[金屬]]的[[热处理]]製程，將[[氮]][[扩散作用|扩散]]到金屬表面，以形成[[表面硬化|硬化]]的表面.滲氮製程最常用在低碳鋼、低[[合金鋼]]上，也會用在中碳鋼或高碳鋼、含[[钛]]、[[铝]]、[[钼]]等合金鋼上。

2015年時，已用滲氮來產生獨特的二元微結構（[[马氏体]]-[[奥氏体]]，[[奥氏体]]-[[肥粒鐵]]），這些結構具有強化的機械性質
<ref name="Duplex">{{cite journal|doi=10.1179/1743284715Y.0000000098|last1=Meka|first1=S.R.|last2=Chauhan|first2=A.|last3=Steiner|first3=T.|last4=Bischoff|first4=E.|last5=Ghosh|first5=P.K.|last6=Mittemeijer|first6=E.J.|year=2015|title=Generating duplex microstructures by nitriding; nitriding of iron based Fe–Mn alloy|pages=1743284715Y.000|volume=|journal=Materials Science and Technology}}</ref>。

典型的[[齿轮]]、[[曲轴]]、[[凸轮轴]]、凸輪從動件、[[閥門]]、[[擠型]]螺絲、[[壓鑄]]工具、[[鍛造]]模具、[[擠壓]]、消防設備、塑膠[[模塑]]工具<ref>{{Ullmann|title=Metals, Surface Treatment|first1=Helmut |last1=Kunst |first2=Brigitte |last2=Haase |first3=James C. |last3=Malloy |first4=Klaus |last4=Wittel |first5=Montia C. |last5=Nestler}}</ref>。

==製程==
滲氮製程是依照加氮的介質來命名。主要可以分為三種：氣體滲氮、鹽浴滲氮及電漿滲氮。

===氣體滲氮===
氣體滲氮的加氮介質是富含氮的氣體，多半是[[氨]]（NH<sub>3</sub>），因此有時也稱為氨滲氮（ammonia nitriding）。氨和加熱的工件表面接觸時，氨會分解為氮及氫。氮會滲透到工件表層，形成氮化層。在一世紀之前就已有此一製程，但最近數十年才比較多的探討其中的熱力學及反應動力學。近來的研究已產生可以準確控制的製程。可以選擇氮化層的厚度，以及其中的相組成，也可以針對所需要的特殊性質進行製程的最佳化。

氣體滲氮的優點有：
*透過控制外圍含氮氣體中，氮氣及氧氣的流率，可以確準的控制氮氣的化學能。
*所有表面都有滲氮的效果（相較於電漿滲氮，但可能會是缺點）
*可以大批量的製程。限制因素是氣化爐的尺寸以及氣體流率
*透過現代電腦化的控制含氮氣體，可以精密控制滲氮的效果
*設備成本較低（尤其是和電漿滲氮比較）

氣體滲氮的缺點有：

*其反應動力學會大幅受到表面條件的影響：若表面有油，或是被切削液污染，滲氮效果就會很差。
*若是處理高含鉻的鋼，有時需要表面活化（surface activation），可以和電漿滲氮中的濺鍍（sputtering）相比較。
*作為滲氮介質的氨：雖然沒有毒性，但若大量吸入氣體，仍然會造成傷害。而且在加熱時，若其中含有氧氣，需謹慎處理，以降低爆炸的風險。

===鹽浴滲氮===
鹽浴滲氮的富氮介質是含氮的鹽類，例如氮化物。這種鹽也會釋放碳到工件的表面，因此也是[[滲氮碳化]]。在滲氮碳化使用的溫度約是550至570;°C。鹽浴滲氮的好處是相較於其他方式，此方式可以在相同時間內有較高的滲透量。

鹽浴滲氮的優點有：
*處理快速：大約四小時即可完成。
*程序簡單：讓鹽浴的鹽淹沒工件，加熱到一定時間即可。nspired.

缺點是：
*鹽浴的鹽有高毒性。西方國家對於鹽浴鹽的棄置有嚴格的環境法律要求，因此增加了鹽浴的成本。這也是這數十年來已不再使用鹽浴的原因。
*每一種特定種類的鹽只適合用於一種製程，因為氮的活性是由鹽類決定的，只適合一種製程。

===電漿滲氮===
電漿滲氮也稱為離子滲氮、電漿離子滲氮、輝光放電滲氮，是工業上針對金屬材料進行表面硬化的方式。

在電漿滲氮時，氮介質的反應能力不是由溫度決定，而是由氣體的離子態決定。此技術中會用高電場使要氮化工件表面的氣體產生離子化的分子。這種高反應性的氣體伴隨著離子化的分子，稱為[[等离子体|電漿]]，此製程因此稱為電漿滲氮。電漿滲氮用的氣體一般是純氮氣，因此不需要自發性的分解（像使用氨的氣體滲氮就需要分解）。有用電漿炬產生的熱電漿，用在金屬切割、[[焊接]]、金屬包覆及噴塗上。也有在[[真空]]腔體或是低[[压强]]條件產生的冷電漿。

鋼在電漿滲氮的效果最好。此製程可以針對滲氮的微結構進行精細的控制，可以讓滲氮產生化合物層，或是不要化合物層。不但強化下了金屬部份的性能，也增加了工件的壽命、應力限及疲勞強度。例如沃斯田鋼不锈鋼的機械性質（例如耐磨程度）可以顯著提昇，工具鋼的表面硬度也可以加倍<ref name="MecProp">{{cite journal|doi=10.1016/S0257-8972(00)00930-0|last1=Menthe|first1=E|last2=Bulak|first2=A|last3=Olfe|first3=J|last4=Zimmermann|first4=A|last5=Rie|first5=KT|year=2000|title=Improvement of the mechanical properties of austenitic stainless steel after plasma nitriding|pages=259|issue=1|volume=133|journal=Surface and Coatings Technology}}</ref>。

電漿滲氮後的工件一般就可以使用了，不需加工或是其他滲氮後的製程。此製程對使用者很友善，作業很快，節省能源，而且變形量不大，或甚至不會變形。

此製程是由德國的Bernhardt Berghaus博士所發明。後來在1960年代，Klockner集團採用了此一技術，電漿滲氮法也開始廣為在世界各地使用。

電漿滲氮常會和[[物理气相沉积]]（PVD）製程結合，稱為複合處理（Duplex Treatment），而且有增強性的效果。許多使用者會在最後一個步驟讓工件表面有電漿氧化層，產生光滑的黑色氧化層，可以抗腐蝕及抗磨損。

電漿滲氮的氮離子是因為電漿而產生，和氣體滲氮及鹽浴滲氮不同，電漿滲氮的效率不受溫度的影響。電漿滲氮的工作溫度範圍很廣，從260&nbsp;°C到超過600&nbsp;°C的溫度範圍<ref name="LowTemp">{{cite journal|last1=Zagonel|doi=10.1016/j.surfcoat.2005.11.137|first1=L|last2=Figueroa|first2=C|last3=Droppajr|first3=R|last4=Alvarez|first4=F|year=2006|title=Influence of the process temperature on the steel microstructure and hardening in pulsed plasma nitriding|pages=452|issue=1-2|volume=201|journal=Surface and Coatings Technology}}</ref>。例如在中等溫度（例如420&nbsp;°C），可以對不锈鋼進行滲氮，不會形成氮化鉻的析出，因此可以維持不锈鋼抗蝕的特性。

在電漿滲氮製程中，一般會用氮氣N<sub>2</sub>作為富含氮的介質。有時也會用氫氣或是氬氣等氣體。在滲氮之前，可以在加熱工件時用氫氣或是氬氣，清潔要滲氮的表面。此清潔程序可以有效的移除表面的氧化層，或是表面可能會殘留的薄層溶劑。也有助於電漿製程的熱穩定性，因為在預熱工件時就已經有電漿進行加熱，因此只要到達製程需要的溫度，就可以開始進行滲氮，不會有太大的熱能變化。在滲氮製程中也會加入氫氣H<sub>2</sub>，使表面不會有氧化層。可以用分析滲氮工件的表面來檢測此效果。
== 參考文獻 == 
{{reflist}}
[[Category: 450 礦冶總論]]