在氣體滲氮過程中加入一種稀土催滲劑能夠活化工件表面，加快氮原子吸收速度，不但縮短滲氮周期，還能夠在工件表面形成細小彌散的氮化物，改善了滲氮后組織、質量，其中脆性級別、氮化物級別和疏松級別都可控制到1級，并提高表面硬度(比常規工藝提高30—100HV左右)，對于一般結構鋼滲層要求0．3mm時采用常規滲氮工藝保溫時間要30小時以上，但如果加入稀土催滲劑后，保溫時間僅用14小時，縮短時間53％，節電40％，省氮氣35％以上，同時少排放廢氣35％，整個滲氮周期縮短32.7％(該技術已申報國家專利，專利申請號：200810063968．3)

 

2、鹽浴氮化及QPQ復合處理

最早的鹽浴氮化稱為低溫氰化，溫度一般為520-560℃，常用的液體氰化鹽浴通常用中性鹽氯化鈉、氯化鋇、氯化鉀、碳酸鈉等，常用的氰化物鹽有******和******等，并僅適用于高速鋼工具。并且還有稱作液體硫氮共滲的鹽浴氮化，配方為氯化鋇30％，氯化鈉20％，氯化鈣50％，另加5—10％(中性鹽總重量)，成粉末狀的硫化亞鐵，其鹽浴內含硫量不低于0.2％，再通入一定量的氨氣(NH3)，促使鹽浴翻動；工藝參數為：溫度540-560℃，時間90—120分鐘。

而國外則提出了鹽浴氮碳共滲的方法，它包括：①軟氮化；②Tenifer法；③(英)：Tufftriding；④新Tenifer法；⑤(英)：Melonizing；⑥Sulfinuz法；⑦Sur—Sulf法。

國外的鹽浴碳氮共滲在含氰化物和氰酸鹽的熔鹽中進行，熔鹽中氰酸鹽的熱分解以及其他化學反應產生有擴散能力的氮，置于熔鹽中的鐵質零件表面和在氣體滲氮時一樣，起催化劑的作用。

起初把熔鹽放在鐵坩堝中處理零件。這個方法應用廣泛，稱為軟氮化，但是目前在技術上已經沒有意義了，因為滲氮作用低，其結果在質量上不能令人滿意。

把空氣導入熔鹽以及使熔鹽中的氰酸鹽達到足夠高的含量：40—50％，可以獲得顯著的改進。此外，目前用鈦坩堝或用鈦鎧裝的坩堝代替鐵坩堝，以便獲得最佳的滲氮效果(Tenifer，Tufftriding)。

因為在操作時熔鹽要消耗，必須注意重新加入富氰化物的鹽以利再生。為此必須將用過的熔鹽排出。因為這些廢料的氰化物含量還相當高，必須仔細消毒。新研究出來的新Tenifer法(Tenifer—neu，Melonizing)是一種經濟得多的方法，在這種方法中通過重新加入再生劑可以使熔鹽再生，無需排出廢料。由于改變了舊Tenifer(Tenifer—alt)法的熔鹽成分，這種熔鹽中，無害的氰酸鹽含量高，而氰化物含量很低(1—3％)。

在Sulfinuz法中，熔鹽中還添加一種供硫的成分，它使化合物層富硫。Sulfinuz法的繼續發展是Sur—Sulf法，因為它的氰化物含量較低，公害更小。

處理時間視應用情況而定，在幾分鐘至4h之間，溫度最好在570—580℃之間。

中國的QPQ鹽浴復合處理技術，是“九五”期間國家級重點推廣項目。QPQ一詞來源于英文Quench-Polish-Quench一詞的字頭縮寫，原意為淬火(快冷)一拋光一淬火(快冷)，后來有些專家學者把不加拋光工序的鹽浴復合處理和增加了拋光工序的QPQ技術結合起來，統稱為QPQ鹽浴復合處理技術。

QPQ鹽浴復合處理技術有以下特點：

 (1)良好的耐磨性，耐疲勞性能

大量生產應用及試驗證明，該技術可以提高工模具壽命2倍以上。嚴格的滾動和滑動磨損試驗說明，45鋼、40Cr鋼經QPQ鹽浴復合處理后其耐磨性比高頻淬火高15倍以上；

比20鋼滲碳淬火高10倍以上；比鍍硬鉻和離子滲氮高2倍以上。

調質的45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后疲勞強度提高40％。

 (2)極好的抗蝕性

45鋼經QPQ鹽浴復合處理以后在大氣和鹽霧試驗中的抗蝕性比發黑高70倍以上：比鍍硬鉻高16倍以上；甚至比1Crl8Ni9Ti奧氏體不銹鋼還高幾倍。

 (3)極小的變形

QPQ鹽浴復合處理以后工件的尺寸和形狀幾乎無變化。在最佳工藝狀態下，工件尺寸的脹縮量僅僅為0.005mm。工件形狀的變化也極小，例如可以成功地使(508mm×457mm×l.5mm)2Crl3不銹鋼薄板處理后平面度保證在0.5mm以下。因此該技術可以用來解決常規熱處理方法無法解決的硬化變形難題。

 (4)大幅度節能

與常規熱處理技術相比，該技術處理溫度低，保溫時間短，可以大幅度節能。與滲碳淬火相比，可以節能50％以上。

 (5)無公害

該技術在大量生產條件下，經各地環保部門在生產現場實地檢測，各項環保指標均低于國家環保排放標準允許值。迪高沙公司曾因這項技術獲德國環保獎。

QPQ鹽浴復合處理技術的“復合”一詞說明它不是一種單一的技術。“復合”的概念首先體現在它是滲氮(氮碳共滲)和氧化工序的復合：在性能上它是高耐磨性與高抗蝕性的復合；在工藝上它是熱處理技術與防腐技術的復合。

QPQ鹽浴復合處理的基本工藝過程和主要工序有：

預熱：350～440℃    20～40min

氮化：520～580℃    10～180min

氧化：350～400℃    15～20min

工藝過程為：裝卡一去油清洗一預熱一氮化一氧化一去鹽清洗一干燥一浸油。

QPQ鹽浴復合處理技術的生產用鹽分三種：

基鹽：基鹽在氮化爐內融化后形成高氰酸根(CNO—)的氮化鹽浴�；�鹽除了第一次開始生產時熔化裝滿氮化爐以外，在正常生產中鹽浴消耗及浴面下降時，也應加入基鹽，用以升高浴面。

調整鹽(再生鹽)：在生產過程中當氮化鹽浴的氰酸根下降時，應定期向氮化爐加調整鹽，以使鹽浴中的氰酸根含量上升到規定的指標范圍之內。

氧化鹽(ABl鹽)：氧化鹽在開始生產初期加入到氧化爐中熔化以后即可使用。當大量生產鹽浴面下降較多時，也可繼續加入氧化鹽以升高鹽浴面。

3.英國BODYCOTE集團公司和預抽真空氣體軟氮化處理

鮑迪克(寧波)熱處理有限公司是總部在英國的鮑迪克國際PLC(www．bodycote．com)的子公司。是從事熱處理加工和檢測的世界第一品牌。鮑迪克寧波公司現擅長于滲碳氮化熱處理，已有客戶300多家，所承接的熱處理產品主要有汽車萬向節、汽車變速箱齒輪、電機軸、電動工具零件、氣動工具零件、縫紉機零件、注塑機零件、液壓閥芯、轉子及五金產品等零件及模具熱處理等等。

鮑迪克(無錫)技術有限公司是長江三角洲地區，提供綜合性熱處理加工服務，高質量熱處理加工服務的公司，坐落于無錫新區，于2005年注冊，廠房占地10000平方米，分為真空熱處理和氣氛熱處理兩部分，鮑迪克集團公司在30多個國家擁有300多個工廠，無錫工廠為鮑迪克熱加工集團在亞洲地區的第一個工廠，主要服務工業領域為汽車與航空工業。

鮑迪克集團無錫工廠的臥式預抽真空氣體軟氮化爐在世界上也屬于領先的設備，該設備克服了傳統井式氣體氮化爐的各種缺點，不但可以降低成本，且爐子的均勻性、穩定性、可控性和可調性都特別好，因此加工出的產品能夠很好的達到汽車、航空工業高精技術標準要求，并且一爐多用，氮化后還可以進行發黑處理。

4、法國HEF公司及舍舍夫(SURSULF)鹽浴表面滲氮處理技術

4.1舍舍夫(SURSULF)過程是HEF公司的開發的一種先進表面處理，它證明比其他滲氮工藝具有如下優越性：

 (1)無公害：整個過程幾乎無污染，舍舍夫(SURSULF)爐中的氰根濃度低于0.8％，多數情況下，就像在Perkins，氰根濃度在0.4—0.5％，在這世界上目前最低的。而其他相應過程，氰根濃度在2—5％。

因此，舍舍夫(SURSULF)過程在世界上被認為Environmental Friendly

Process”Or“Environmental Acceptable

process”(“與環境友好的過程”或“環境可接受的過程”)

 (2)高性能：與其他表面方法相比，使工件有更高的耐疲勞強度、耐磨性、表面硬度和耐腐蝕性，以及更低的表面摩擦系數。比其他滲氮表面處理，具有更好的工件表面外觀質量，其中原因之一是采用了連續自動濾渣、除渣系統。使得鹽浴爐始終保持高度的純凈。工件表面化合層厚度和結構可根據K2S的量進行調節，以滿足不同場合的要求，如解決磨損、點蝕和疲勞的問題，或解決咬合、粘著和拉傷問題。具有極好的性能價格比。

 (3)高效率：由于在鹽浴爐中加入了鋰(Li)等元素，使滲氮的潛力大幅度提高，在達到相同化合物厚度和擴散層厚度的條件下，其處理時間要大大減少，一般處理時間在30分鐘至120分鐘，化合層厚度可達10-30μm。

 (4)高精度：與氣體滲氮相比，工件變形極小，可以滿足高精度要求的零部件要求。

 (5)適應性強：可處理各種黑色金屬(鋼、鐵、鑄鐵、燒結鐵等)及形狀復雜的構件。

 (6)使用方便：操作和維護都十分方便，爐子的清潔平均只要每周一次。

4.2處理步驟：

 (1)去脂：在四氯乙烯或三氯乙烯蒸汽中進行脫脂，或浸入去污溶液中

 (2)預熱：這個步驟并非絕對需要的。但是如果生產量大，先行預熱的話，則減少因處理物投入舍舍夫(SURSULF)鹽浴時溫度之下降，減少加熱時間。因此而減少恢復到正確溫度所需之時間。預熱可以在瓦斯或電器加熱之氣體爐實施，但是預熱溫度不可超過380℃或400℃．如果超過440℃，處理物表面會生成很薄的氧化膜，此氧化物會弄臟舍舍夫(SURSULF)鹽浴，可能形成細粉粒附著與處理物表面，當實施預熱時，其預熱時間依處理物重量及舍舍夫(SURSULF)之條件而定。但通常在30分鐘至1小時之間。

 (3)舍舍夫(SURSULF)處理：工件放入舍舍夫(SURSULF)鹽浴爐中，一般處理時間從15分鐘至2個小時或3小時。

 (4)冷卻：

·當變形要求不是很高時，用冷水冷卻

·空氣冷卻，可避免變形

·油中冷卻，可避免變形

 (5)清洗：在80℃左右的熱水中進行，而后，進行其他工序，拋光、涂油等。

4.3舍舍夫(SURSULF)鹽浴爐的特征

采用標準的鹽爐，能采用天然氣加熱，但最好用電加熱，以保證爐溫均勻。為確保安全和避免爐溫過高，對鹽浴爐內膽及加熱室進行溫控。爐膽采用含16—18％Cr(AISl430)鋼，這比鈦合金材料要便宜得多。用低碳鋼代替也是可行的。爐膽內裝有導氣管。經合理設計，氣體導入到爐內，并且，爐子裝有手動和自動去渣裝置。

4.4操作維護

舍舍夫(SURSULF)工作操作十分簡便，關鍵要保持爐內的CNO—濃度，而該濃度通過添加一定量CR2再生鹽來保證。

一般要求，在鹽浴爐中氰酸根和碳酸根的濃度為：

 (CN0-)37％±2

 (C03—2)18％±2

爐子的清潔一般由自動和手動兩種，后種平均一周內進行—次。

4.5舍舍夫(SURSULF)工藝技術與其他熱處理工藝技術的比較

與氣體碳氮工藝NITEMPER或其他同類氣體滲氮處理，如INDURE，TOUG—HNITE，BELL…進行對比：

氣體氮碳工藝通常是在加30％的氨氣的吸熱氣氛中進行，溫度在570℃，這些氣體滲氮：

·處理時間需要4至8小時

·適用于所有鋼制零件

·導致處理零件的變形

舍舍夫(SURSULF)工藝技術則具有：

·由于鹽的化學成份，能處理所有的鋼和鑄鐵件(不同于NITEMPER，由于游離石墨已被溶解在鹽爐中，不會對化合層造成污染)。

·舍舍夫(SURSULF)工藝形成ε相化合層，因而不脆(它具有良好的表面抗疲勞強度)，比γ’＋ε

混合相的化合層具有更好的抗磨性和耐腐蝕性能。

·處理時間短，

·采用舍舍夫(SURSULF)的生產率高，并且投資少和不要求熟練操作工。

4.6與離子滲氮的比較

離子滲氮是在所有其他滲氮處理中唯一能在零件表面形成

·或100％ε相，化合層+擴散層

·或ε+γ’相，化合層+擴散層

·或100％γ’相，化合層+擴散層

·只有擴散層，而無化合層

從理論上講，離子滲氮非常令人感興趣，因為通過選取處理參數(離子體活動，溫度)，就可能取得所需的化合層，但是實際上，遇到很多問題：

·難以處理體積較大的零件，這是由于為得到輝光放電(離子體)和避免弧光須保證最短問題。

·難以對形狀尺寸差異大的零件放在一起混合處理

·難以處理形狀復雜的零件

·不可能處理帶小孔/小直徑的零件

·幾乎不可能很好地處理鑄鐵件

·處理周期(抽空、加熱、處理、冷卻)，要4-20小時

·處理的成本高(并且投資成本也大)

4.7舍舍夫(SURSULF)工藝技術與氣體滲氮(這里指硬滲氮)的比較

氣體滲氮要求采用含鋁和鉻的特殊鋼(通常叫“氮化鋼”，象AFNOF 40L

AD612)已得到表面淬硬。這些材料比通常用作軟氮碳共滲<如舍舍夫(SURSULF)工藝>的普通鋼價格貴，處理時間很長，一般在560—570℃的溫度下要60至100小時。

氣體滲氮能有效解決特殊的磨損摩擦問題，以及疲勞問題，這是由于經100小時的處理氮能擴散到1.5mm深處。但是，氣體滲氮：

·不能增加表面的摩擦層(有時甚至避免形成這層表面耐磨層，且因為它特別脆)

·不適用處理低合金鋼和普通鋼(為了得到足夠的硬度，氣體滲氮要求具有鐵(Fe)，鉻(Cr)和鋁(A1)的混合物，這需鋼中要具一定比例的鉻(Cr)和鋁(A1))

·和所有氣體介質熱處理一樣，這使得處理后磨削加工成為必要(就像滲碳處理那樣)

4.8舍舍夫(SURSULF)工藝技術卻可以：

·處理所有鋼質零件，包括各種鑄鐵，當然其中有氮化鋼。

·表面耐磨層：由ε氮化鐵組成，無脆性。這層具有很好的摩擦性及抗磨耐腐蝕性。

氮的擴散層深取決于各種鋼材，一般在0.5到0.8mm

·較短的處理時間：30分鐘至90分鐘。

·無變形：舍舍夫(SURSULF)工藝已經取代氣體滲氮而用于處理很多的零件：如曲軸，螺栓(噴塑)，軸承…

·操作使用成本低

4.9阿可(ARCOR)表面處理技術

阿可表面處理是在舍舍夫工藝的基礎上進行的進一步的表面處理，目的是在保持經舍舍夫處理后的零件的耐磨性、高疲勞強度的基礎上提高工件的耐腐蝕性。經阿可工藝技術處理的零件具有很高耐腐蝕能力，一般可經受700小時以上的噴鹽水試驗而不銹蝕�？梢蕴娲�鍍鉻、鍍鎳、鍍鎘、鍍鋅，特別是鍍鉻有很大的環保問題，而阿可工藝是一項無污染的技術。并且鍍各種金屬只是在零件上包一層，而阿可是滲入到零件的基體，故永不退色和剝落。

（1）特點

化合層：處理后形成復合層(致密層和泡沫層)，由ε氮化物與Fe、C、N化合物構成，其厚度取決于基體的成分。對某種類型的阿可(ARCOR)處理，最表層也存在Fe3O4與Fe、0、N化合物。

擴散層：表層之下便是一層較深的氮擴散層，其硬度和厚度取決于

·基體的合金成分：

·擴散過程的時間和溫度。

環保性：應用阿可（ARCOR）用以不存在污染問題

（2）經阿可(ARCOR)工藝處理工件的性能

抗腐蝕性：由鈍化與最終處理相結合而獲得的抗腐蝕性顯著于常規的抗蝕鍍層(鉻，鎳，鋅…)。簡單工件可經受700h以上的噴鹽水試驗而不腐蝕，對于經焊接或卷曲的部件也可容易地達到400小時�？鼓バ裕�咬合性：600—800HV的化合層硬度可有效地克服磨損問題。浸滲和表面終處理可大大降低摩擦系數。

抗疲勞性：顯著而重要的疲勞強度的提高歸功于在氮擴散區域產生的殘余壓應力。

重要提示：經阿可(ARCOR)處理可消除氫脆的危險一一一個用其他鍍層方法容易遇到的主要問題。

表1 舍舍夫（SURSULF）處理凸輪軸/搖臂磨損試驗

凸輪軸：合金鑄鐵+H.F.淬火—搖臂：鑲嵌Z200C12（Cr12）鋼

速度：1500&300RPM—解除載荷：遞增—油：標準油（15W40）

 

 表2舍舍夫（SURSULF）處理后獲得的不同牌號材料化合物層厚度、硬度及擴散層厚度