簡介
傳統合金鋼中的鋁、鉻、釩、鉬元素對滲氮很有幫助。當這些元素在氮化溫度下與初生狀態的氮原子接觸時，產生穩定的氮化物。特別是，鉬不僅用作產生氮化物元素，而且用作降低滲氮溫度下脆性的元素。其他合金鋼中的元素，如鎳、銅、矽和錳，對滲氮特性沒有太大貢獻。壹般來說，如果鋼中含有壹種或多種氮化物生成元素，滲氮後的效果更好。其中鋁是最強的氮化元素，含0.85 ~ 1.5%鋁的氮化效果最好。在含鉻鉻鋼方面，如果有足夠的含量，也可以獲得很好的效果。但是沒有含合金的碳鋼，因為氮化層比較脆，容易剝落，所以不適合氮化鋼。
常用的滲氮鋼有如下六種:
(1)含鋁的低合金鋼(標準氮化鋼)
(2)含鉻的中碳低合金鋼SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700、9800系列。
(3)熱作模具鋼(含約5%鉻)SAE h 11(SKD–61)h 12，H13。
(4)鐵素體和馬氏體不銹鋼SAE 400系列
(5)奧氏體不銹鋼SAE 300系列
(6)沈澱硬化不銹鋼17-4PH、17-7PH、A-286等。
含鋁的標準滲氮鋼在滲氮後可獲得高硬度和耐磨的表面層，但其硬化層也非常脆。相反，含鉻低合金鋼的硬度較低，但淬硬層韌性更好，其表面也具有相當的耐磨性和抗芯性。因此，在選擇材料時，要註意材料的特性，充分利用其優勢，滿足零件的功能。工具鋼如h 11(SKD 61)D2(SKD–11)具有高表面硬度和高核心強度。
工藝過程
滲氮前零件的表面清潔
氣體除油後，大部分零件可立即氮化。有些零件還需要用汽油清洗，但如果在滲氮前的最後加工方法中使用拋光、研磨、磨光，可能會產生阻礙滲氮的表層，導致滲氮層不均勻或滲氮後出現彎曲缺陷。此時，應采用以下兩種方法之壹去除表層。第壹種方法是在滲氮前用氣體去除油。然後用氧化鋁粉對表面進行研磨清洗。第二種方法是在表面塗上磷酸鹽。
從氮化爐中排除空氣
將待加工零件放入氮化爐中，密封爐蓋後加熱，但加熱到150℃前，必須排除爐內空氣。
排氣爐的主要作用是防止氨氣在分解過程中與空氣接觸產生爆炸性氣體，防止被處理物體和支架的表面氧化。使用的氣體是氨氣和氮氣。
排除爐內空氣的要點如下:
(1)加工好的零件安裝好後，密封爐蓋，通入無水氨氣，流量盡量大。
②將加熱爐自動控溫設置為150℃，開始加熱(註意爐溫不能高於150℃)。
③當爐內空氣被排除到10%以下，或排出的氣體中含有90%以上的NH3時，將爐溫提高到滲氮溫度。
氨的分解速率
滲氮是通過擴散與初生態氮接觸的其他合金元素進行的，但初生態氮的產生意味著氨氣接觸加熱的鋼時，鋼本身成為催化劑，促進了氨的分解。
雖然可以在分解率各不相同的氨氣下氮化，但分解率壹般為15 ~ 30%，氮化所需厚度至少保持4 ~ 10小時，即處理溫度保持在520℃左右。
涼爽的
大多數工業滲氮爐都有熱交換器，以便在滲氮後快速冷卻加熱爐和待處理的零件。即滲氮完成後，關閉加熱電源，使爐溫降低50℃左右，然後加大氨氣流量，啟動熱交換器。此時需要觀察連接排氣管的玻璃瓶是否有氣泡溢出，以確認爐內為正壓。在引入爐中的氨穩定後，可以降低氨的流速，直到保持爐中的正壓。當爐溫降至150℃以下時，采用上述排除爐內氣體的方法，通入空氣或氮氣後才能打開爐蓋。
氣體滲氮
氣體滲氮系統由德國AF ry出版於1923。將工件置於爐內，將NH3氣體直接輸送到500 ~ 550℃的氮化爐中20 ~ 100小時，使NH3氣體分解為原子(N)氣體和原子(H)氣體進行氮化處理，在鋼的表面生成壹層耐磨耐蝕的化合物層。其厚度約為0.02 ~ 0.02 m/m，性質為極硬HV 1000 ~ 1200，極脆。NH3的分解速率根據流速和溫度而變化。流量越大，分解率越低，流量越大，分解率越高，溫度越低。
NH3 →〔N〕Fe + 3/2 H2
分解後的N擴散到鋼的表面形成。相Fe2-3N氣體滲氮的普遍缺點是硬化層薄，滲氮處理時間長。
氣體滲氮由於NH3的分解，滲氮效率較低，所以壹般選擇適合滲氮的鋼種，如含有Al、Cr、Mo等滲氮元素，否則滲氮幾乎無法進行。壹般采用JIS、SACM1、新JIS、SACM645、SKD61進行韌化處理，也稱回火。Al、Cr、Mo都是增加異常溫度的元素，所以淬火溫度高。由於塑料註射成型機的進料管和螺桿表面粗糙，硬度大，脆性大，長期打磨不經濟，所以采用NH3氣體滲氮。
液體氮化法
液體軟氮化的主要區別是氮化層中有Fe3Nε相，有Fe4Nr相但不含Fe2Nξ相氮化物，ξ相化合物硬而脆，是氮化處理中韌性較差的氮化物。液體軟氮化的方法是除銹、脫脂、預熱後放入氮化坩堝中，以TF–1為主鹽劑，加熱至560 ~。滲氮層的深度根據工件上的外載荷來確定。處理時必須在坩堝底部通入空氣管，將壹定量的空氣滲氮劑分解成CN或CNO，滲透擴散到工作面，使工件表面最外層化合物為8-9 wt% N和少量C及擴散層，氮原子擴散到α-Fe基中，使鋼件更耐疲勞。滲氮期間，由於CNO的分解和消耗，會不斷降低到6-8。
液體軟氮化使用的材料為鐵金屬，氮化後的表面硬度以al、Cr、Mo、Ti元素較高，含金量越多，氮化深度越淺，如碳鋼Hv 350~650，不銹鋼HV 1000 ~ 1200，氮化鋼HV 800 ~ 165438。
液體軟氮化適用於耐磨、耐疲勞的汽車零部件、縫紉機、照相機等。，如缸套處理、氣門處理、活塞管處理以及不易變形的模具零件。采用液體軟氮化的國家，西歐國家，美國，蘇聯俄羅斯和日本。
離子氮化
將工件放入氮化爐中，預先將爐內抽真空至10-2 ~ 10-3托(㎜ Hg)，通入N2氣體或N2+H2的混合氣體，將爐內調節至1 ~ 10托，將爐體連接到陽極，將工件連接到陰極和兩極。這時，爐內的N2氣體會輝光放電成正離子，正離子向工作面移動，陰極電壓瞬間急劇下降，使正離子高速沖向陰極表面，動能轉化為氣體能量，使工件表面溫度上升。氮離子撞擊後，鐵、碳、氧等元素。會飛濺出工件表面並與氮離子結合形成FeN，從而氮化鐵會逐漸吸附在工件上，產生氮化。離子滲氮基本上用的是氮氣，但如果加入了碳化氫氣體也可以用離子軟氮化處理，但壹般稱為離子滲氮。工件表面的氮濃度可以通過改變爐內充入的混合氣體(N2+H2)的分壓比來調節。純離子滲氮時，工作面上的單相R′(Fe4n)組織含氮量為5.7 ~ 6.1% wt，厚層達60%。這種復合層是堅韌的而不是多孔的，不容易脫落。由於氮化鐵不斷被工件吸收並向內部擴散，從表面到內部結構發生有序變化，單相ε(Fe3N)含5.7 ~ 11.0% wt。單相ξ(Fe2N)含11.0 ~ 11.35% wt。離子滲氮先生成R相，加入碳化氫體系後成為ε相化合物層和擴散層。擴散層的增加有助於疲勞強度的提高。而ε相的腐蝕性最好。
離子氮化的程度可以從350℃開始。考慮到材料的選擇及其相關的機械性能，處理時間可以從幾分鐘到很長時間。這種方法不同於以往熱分解氮化的處理方法。由於離子能量高，這種方法可以簡單地對不銹鋼、鈦和鈷等過去難以處理的材料進行優異的表面硬化處理。