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氨气与金属的奇妙反应：你知道氮化过程如何改变物质特性吗？
氮化是一种热处理过程，通过将氮扩散到金属表面来创造一层表面硬化的外壳。这种技术主要用于低合金钢，也同样适用于钛、铝和钼等材料。氮化的典型应用包括齿轮、曲轴、凸轮轴、凸轮跟随器、阀门零件、挤出机螺杆、压铸工具、锻造模具、挤压模具、火器零件、喷射器和塑料模具等。
氮化过程能让材料更坚固、更耐磨，对生产工具及机械部件的性能提升至关重要。
氮化处理方法
氮化方法根据所用的媒介不同而有所区别，主要包括气体氮化、盐浴氮化和等离子氮化三种方法。
气体氮化
在气体氮化中，供应氮的介质为富含氮的气体，通常是氨（NH3），因此有时被称为氨氮化。当氨与被加热的工件接触时，氨会分解成氮和氢，氮则会在材料表面扩散，形成氮化层。尽管这一过程已存在近一个世纪，但近几十年来，人们对相关的热力学和反应动力学进行了深入研究，并发展出可以精确控制的过程。
气体氮化的优势包括对氮化气氛中氮的化学潜力进行精确控制，并且能够处理大批量的工件。
盐浴氮化
在盐浴氮化中，氮供应介质为氮含量的盐，如氰化盐。这些盐还会将碳捐赠到工件的表面，并使盐浴成为一种氮碳共处理过程。然而，由于所用盐类的毒性极高，根据近期的环境及安全法规，这一过程逐渐被淘汰。
盐浴氮化的处理速度快且操作简单，但其环保风险和成本却使其在许多国家不再常用。
等离子氮化
等离子氮化，又称为离子氮化，是一种工业表面硬化处理。该技术利用高强度电场生成预氮化的气体，并形成称为等离子的高活性气体。等离子氮化具有广泛的温度控制范围，并且能够增强金属部件的性能，大幅提升耐磨性和疲劳强度。
经等离子氮化的零部件通常无需进一步的加工或打磨，因其已经达到使用标准。
氮化的材料
适合氮化的钢材示例包括SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700等系列。理想的氮化钢材通常应经过淬火和回火处理，且保持细致的机械加工表面，以尽可能少地去除材料来保留表面硬度。氮化合金则为具有氮化元素的合金钢。
氮化的历史
20世纪20年代开始系统性地研究氮对钢表面性质的影响，气体氮化的研究在德国和美国同时展开。在德国，此过程广受欢迎，并开发出多种旨在进行氮化的钢材；然而在美国，由于需求不高，这一过程几乎被遗忘。二战后，该技术从欧洲重新引入，美国的氮化技术逐渐进步。
总结来说，氮化过程不仅改变了材料的表面性质，也对各行各业的生产作业产生了深远的影响。随着技术的不断进步，我们是否能期待氮化在未来的应用中发挥更大的潜力?
