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氮化处理

又称为扩散渗氮。气体渗氮在1923年左右，由德国人Fry首度研究发展并加以

工业化。由於经本法处理的制品具有优异的耐磨性、耐疲劳性、耐蚀性及耐高温，

其应用范围逐渐扩大。例如钻头、螺丝攻、挤压模、压铸模、鍜压机用鍜造模、

螺桿、连桿、曲轴、吸气及排气活门及齿轮凸轮等均有使用。

一、氮化用钢简介

传统的合金钢料中之铝、铬、钒及钼元素对渗氮甚有帮助。这些元素在渗氮

温度中，与初生态的氮原子接触时，就生成安定的氮化物。尤其是钼元素，不仅

作为生成氮化物元素，亦作为降低在渗氮温度时所发生的脆性。其他合金钢中的

元素，如镍、铜、硅、锰等，对渗氮特性并无多大的帮助。一般而言，如果钢料

中含有一种或多种的氮化物生成元素，氮化后的效果比较良好。其中铝是最强的

氮化物元素，含有～％铝的渗氮结果最佳。在含铬的铬钢而言，如果有足够的含

量，亦可得到很好的效果。但没有含合金的碳钢，因其生成的渗氮层很脆，容易

剥落，不适合作为渗氮钢。

一般常用的渗氮钢有六种如下：

（1）含铝元素的低合金钢（标准渗氮钢）

（2）含铬元素的中碳低合金钢SAE4100，4300，5100，6100，8600，8700，9800

系。

（3）热作模具钢（含约5％之铬）SAEH11（SKD–61）H12，H13

（4）肥粒铁及麻田散铁系不锈钢SAE400系

（5）奥斯田铁系不锈钢SAE300系

（6）析出硬化型不锈钢17-4PH，17–7PH，A–286等

含铝的标准渗氮钢，在氮化后虽可得到很高的硬度及高耐磨的表层，但其硬

化层亦很脆。相反的，含铬的低合金钢硬度较低，但硬化层即比较有韧性，其表

面亦有相当的耐磨性及耐束心性。因此选用材料时，宜注意材料之特徵，充分利

用其优点，俾符合零件之功能。至於工具钢如H11（SKD61）D2（SKD–11），

即有高表面硬度及高心部强度。

二、氮化处理技术：

调质后的零件，在渗氮处理前须澈底清洗乾净，兹将包括清洗的渗氮工作程

序分述如下：

（1）渗氮前的零件表面清洗

大部分零件，可以使用气体去油法去油后立刻渗氮。但在渗氮前之最后加工方

法若採用抛光、研磨、磨光等，即可能产生阻碍渗氮的表面层，致使渗氮后，氮

化层不均匀或发生弯曲等缺陷。此时宜採用下列二种方法之一去除表面层。第一

种方法在渗氮前首先以气体去油。然后使用氧化铝粉将表面作abrassive

cleaning。第二种方法即将表面加以磷酸皮膜处理（phosphatecoating）。

（2）渗氮炉的排除空气

将被处理零件置於渗氮炉中，并将炉盖密封后即可加热，但加热至150℃以

前须作炉内排除空气工作。

排除炉内的主要功用是防止氨气分解时与空气接触而发生爆炸性气体，及防

止被处理物及支架的表面氧化。其所使用的气体即有氨气及氮气二种。

排除炉内空气的要领如下：

（1）被处理零件装妥后将炉盖封好，开始通无水氨气，其流量尽量可能多。

（2）将加热炉之自动温度控制设定在150℃并开始加热（注意炉温不能高於

150℃）。

（3）炉中之空气排除至10％以下，或排出之气体含90％以上之NH3时，再将

炉温升高至渗氮温度。

（3）氨的分解率

渗氮是铺及其他合金元素与初生态的氮接触而进行，但初生态氮的产生，即因氨

气与加热中的钢料接触时钢料本身成为触媒而促进氨之分解。

虽然在各种分解率的氨气下，皆可渗氮，但一般皆採用15～30％的分解率，并

按渗氮所需厚度至少保持4～10小时，处理温度即保持在520℃左右。

（4）冷却

大部份的工业用渗氮炉皆具有热交换几，以期在渗氮工作完成后加以急速冷却加

热炉及被处理零件。即渗氮完成后，将加热电源关闭，使炉温降低约50℃，然

后将氨的流量增加一倍后开始启开热交换机。此时须注意观察接在排气管上玻璃

瓶中，是否有气泡溢出，以确认炉内之正压。等候导入炉中的氨气安定后，即可

减少氨的流量至保持炉中正压为止。当炉温下降至150℃以下时，即使用前面所

述之排除炉内气体法，导入空气或氮气后方可启开炉盖。

三、气体氮化技术：

气体氮化系於1923年由德国AFry所发表，将工件置於炉内，利NH3气直

接输进500～550℃的氮化炉内，保持20～100小时，使NH3气分解为原子状态

的（N）气与（H