离子氮化电源的原理是什么？

离子氮化电源是在离子氮化电源设备中通过等离子体辉光放电制备氮化层，以提高工件表面的耐磨性、耐疲劳性、耐腐蚀性和耐高温性的工艺。离子氮化电源分为3个阶段：头一阶段是生成活性氮原子，第2阶段是活性氮原子从介质迁移到工件表面，第3阶段是氮原子从工件表面转移到核心。头一阶段电离和第3阶段扩散的机理相对清楚。活性氮原子如何在第2阶段从介质迁移到工件表面的机制仍然存在争议，“溅射沉积”理论被普遍接受。具体原理是：高能离子轰击工件表面，铁原子从基体中飞溅出来，与空间中的活性氮原子反应，形成氮化铁。氮化的铁分子被冷凝，然后沉积在工件表面上。在一定的氮化温度下，铁氮化分解成氮含量较低的氮化铁化合物，释放氮原子，铁氮化不断形成一定厚度的氮化层。

1、离子氮化电源技术的优势：

（1） 工件涂层的相组成可以根据预期的性能要求通过调整氮、氢和其他（如碳、氧、硫等）气氛的比例来调整。

（2） 涂层制备时间为普通渗氮的三分之一至五分之一，效率高。

（3） 制备过程非常干净，无需污染预防、额外的加热和测试设备，并且可以获得均匀的温度分布。能耗为气体渗氮的40~70%，节能环保；气体消耗非常少（只有气体渗氮的百分之几），这可以大大减少离子氮化电源的常见缺陷；适用于各种材料和温度。

（4） 涂层制备后，工件可以获得具有高表面光洁度和小变形的非氧化加工表面。

2、离子氮化电源技术难点

（1） 空心阴极效应限制了其在有孔、间隙和凹槽的零件中的应用。

（2） 边缘和拐角效应导致拐角和工件其他部分的硬度不一致。

（3） 当不同结构的工件混合时，很难控制和测量它们的温度。

（4） 零件表面的电弧放电（电弧）会导致不稳定的等离子体或高度清洁的工件表面损坏。

3、离子氮化电源技术的发展方向

（1）工艺参数可单独调整。脉冲电源的优点之一是可以单独地调节工艺参数和物理参数。这是因为在直流电源条件下，需要同时满足零件表面的电流密度和零件绝缘的电流密度的要求。两者相互影响。在脉冲电源条件下，峰值电流满足电流密度，平均电流满足绝缘电流，可通过两个单独的参数进行调节。因此，工艺参数可以在很大范围内变化。

（2）电弧速度快。脉冲电源的输出特性本身具有压制电弧快速发展的特性。由于IGBT开关的响应速度很快，一旦发现电弧放电，我们立即关闭电源，然后重新点燃电源更方便。这些工作在几十微秒内完成。

（3）无需堵塞孔洞。由于脉冲电源压制了电弧放电，许多零件无需堵孔，给生产操作带来很大方便。例如，在加工曲轴时不需要堵塞孔，当曲轴上有一些工艺孔以提高零件性能时，这一优势更为突出。

（4）处理质量好，变形小，有利于提高层深。因为脉冲电源压制电弧发电，所以电弧光在零件表面上作用的时间非常短，这可以在不燃烧的情况下获得高质量的表面。提高了工件的温度均匀性，并且零件的变形很小。