在低于1个大气压的渗氮气氛中，阴极（工件）与阳极（容器）之间产生辉光放电进行渗氮的工艺称为离子渗氮。在真空室内，阴极阳极之间通高压（400～1100V）直流电，可使通入真空的氨（或C、H混合物）电离，并在工件周围产生辉光放电，使氮离子向工件（阴极）表面冲击，加热工件并在表面富集FeN，分解后渗入。离子渗氮的主要工艺参数如下：
（1）真空度 一般为1.33～13.3Pa。
（2）气体压力 常用266～798Pa。
（3）电流密度0.5～5mA/cm2。
（4）电压 加热电压为550～750V；在保温阶段，电压应比加热阶段略低，通常为550～650V，工件形状简单的为650V，形状复杂的为550V。
（5）渗氮温度 一般为450～600℃，即使在400℃以下也能进行渗氮处理。渗氮温度低时渗层薄，温度过高时氮化物粗化、硬度下降并降低抗粘结能力。现在工厂多采用520～550℃。模具的离子渗氮层深度以≤0.3mm为宜，刀具应更薄些。
（6）渗氮时间 模具的离子渗氮时间主要取决于模具材料、要求的渗氮层深度及渗氮温度。模具的离子渗氮时间一般为1～6h，刀具的离子渗氮时间更短。
（7）渗氮气氛 目前的离子渗氮一般使用的是预先经过热分解的氨气，可以较好地解决直接通氨进行离子渗氮所产生的一些缺陷，而且方法简单。有些单位采用N2与H2的混合气进行渗氮，H2作为稀释气体加入可调节渗氮气氛的氮势，从而较容易地对渗氮组织进行控制，提高工模具渗氮质量。
和上述的气体渗氮相比，离子渗氮有下列优点：
（1）渗入速度快 在渗氮温度和保温时间相同的情况下，离子渗氮所得到的渗氮层深度明显大于气体渗氮层深度，特别是在浅层渗氮时（渗层≤0.20mm），离子渗氮的速度是气体渗氮速度的2倍以上。
（2）零件变形小 由于离子渗氮通过阴极溅射进行，抵消一部分因氮的渗入引起工件尺寸的胀大，同时离子渗氮的温度比较低。(www.xing528.com)
（3）渗氮组织易于控制 通过调节渗氮气体的成分可以对渗层的组织进行控制，并可降低工件的脆性。
（4）易于实现局部渗氮 用机械屏蔽法即可对非渗氮部位进行有效的保护，比气体渗氮采用镀铜或涂料保护经济、简便。
（5）可用于不锈钢刀具、模具的渗氮 由于离子轰击的作用，可以自动去除不锈钢、耐热钢工具表面的钝化膜，可直接进行不锈钢工具的渗氮。
离子渗氮前的准备工作：
（1）做好预备热处理 有些冷作模具，需调质后再渗氮。模具调质后的基体组织为回火索氏体，可提高模具基体强度、韧性及疲劳性能。同等条件下，调质后模具的渗氮层深度可提高20%以上，硬度也有所提高。例如，38CrMoAlA钢制模具520℃×8h离子渗氮，经调质试样渗层平均硬度为1288HV5，渗层厚度为0.36mm；未调质试样渗层平均硬度为1028HV5，渗层厚度为0.28mm。
（2）去应力退火 为了减少零件渗氮后变形，在半精加后，施以550～600℃×2～3h去应力处理，可减少工具渗氮后的畸变量。
（3）脱脂去锈 渗氮前应脱脂除锈，清除飞边毛刺，消除弧光放电源。
（4）应进行设备极限真空度试验 炉子应在限定的时间内达到6.65Pa。否则，若没有足够的极限真空度，则易引起工具在渗氮和冷却过程中氧化，加大氮原子扩散阻力。
（5）炉子的真空保持（即压升率）当炉压每分钟上升0.133～0.266Pa时，即能满足渗氮工艺要求。一般开炉与炉后即作一次真空保持试验。
离子渗氮是在模具上应用较多、使用效果较好的一种表面强化方法，在热锻模、冷热挤压模、冷冲模、冷镦模、滚丝模、拉丝模等模具中应用广泛。
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