离子渗碳工艺优化方案

1.离子渗碳温度与时间

由于辉光放电及离子轰击作用，离子态的碳活性更高，且工件表层形成大量的微观缺陷，提高了渗碳速度。但总的来讲，离子渗碳过程主要还是受碳的扩散控制，渗碳时间与渗碳层深度之间符合抛物线规律。较之于渗碳时间，渗碳温度对渗速的影响更大。在真空条件下加热，工件的畸变量较小，因此，离子渗碳可在较高的温度下进行，以缩短渗碳周期。几种材料离子渗碳处理的渗层深度见表9-24。

表9-24 离子渗碳处理的渗层深度 （单位：mm）

2.强渗与扩散时间之比

离子渗碳时，工件表层极易建立起高碳势。为了获得理想的表面碳浓度及渗层碳浓度分布，一般离子渗碳采用强渗与扩散交替的方式进行。强渗与扩散时间之比（渗扩比）对渗层的组织和深度影响较大（见图9-54）。渗扩比过高，表层易形成块状碳化物，并阻碍碳进一步向内扩散，使渗层深度下降；渗扩比太小，表层供碳不足，也会影响渗层深度及表层组织。采用适当的渗扩比（如2∶1或1∶1），可获得较好的渗层组织（表层碳化物弥散分布），且能保证足够的渗速。对深层渗碳件，扩散时间所占比例应适当增加。

3.辉光电流密度(www.xing528.com)

工业生产时，离子渗碳所用的辉光电流密度较大，足以提供离解含碳气氛所需能量，建立向基体扩散的碳含量。离子渗碳层深度主要受扩散速度控制，如果排除电流密度增加使工件与炉膛温差加大这一因素，辉光电流密度对离子渗碳层深度不会产生太大影响，但会影响表面碳含量达到饱和的时间。

图9-54 强渗与扩散时间之比对渗层深度及组织的影响

注：离子渗碳工艺为1000℃×2h。

4.稀释气体

离子渗碳的供碳剂主要采用CH₄和C₃H₈，以氢气或氮气稀释，渗碳剂与稀释气体的体积比约为1∶10，工作炉压控制在133～532Pa。氢气具有较强的还原性，能迅速洁净工件表面，促进渗碳过程，对清除表面炭黑也较为有利，但使用时应注意安全。