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氨氣與金屬的奇妙反應：你知道氮化過程如何改變物質特性嗎？
氮化是一種熱處理過程，通過將氮擴散到金屬表面來創造一層表面硬化的外殼。這種技術主要用於低合金鋼，也同樣適用於鈦、鋁和鉬等材料。氮化的典型應用包括齒輪、曲軸、凸輪軸、凸輪跟隨器、閥門零件、擠出機螺桿、壓鑄工具、鍛造模具、擠壓模具、火器零件、噴射器和塑料模具等。
氮化過程能讓材料更堅固、更耐磨，對生產工具及機械部件的性能提升至關重要。
氮化處理方法
氮化方法根據所用的媒介不同而有所區別，主要包括氣體氮化、鹽浴氮化和等離子氮化三種方法。
氣體氮化
在氣體氮化中，供應氮的介質為富含氮的氣體，通常是氨（NH3），因此有時被稱為氨氮化。當氨與被加熱的工件接觸時，氨會分解成氮和氫，氮則會在材料表面擴散，形成氮化層。儘管這一過程已存在近一個世紀，但近幾十年來，人們對相關的熱力學和反應動力學進行了深入研究，並發展出可以精確控制的過程。
氣體氮化的優勢包括對氮化氣氛中氮的化學潛力進行精確控制，並且能夠處理大批量的工件。
鹽浴氮化
在鹽浴氮化中，氮供應介質為氮含量的鹽，如氰化鹽。這些鹽還會將碳捐贈到工件的表面，並使鹽浴成為一種氮碳共處理過程。然而，由於所用鹽類的毒性極高，根據近期的環境及安全法規，這一過程逐漸被淘汰。
鹽浴氮化的處理速度快且操作簡單，但其環保風險和成本卻使其在許多國家不再常用。
等離子氮化
等離子氮化，又稱為離子氮化，是一種工業表面硬化處理。該技術利用高強度電場生成預氮化的氣體，並形成稱為等離子的高活性氣體。等離子氮化具有廣泛的溫度控制範圍，並且能夠增強金屬部件的性能，大幅提升耐磨性和疲勞強度。
經等離子氮化的零部件通常無需進一步的加工或打磨，因其已經達到使用標準。
氮化的材料
適合氮化的鋼材示例包括SAE 4100、4300、5100、6100、8600、8700等系列。理想的氮化鋼材通常應經過淬火和回火處理，且保持細緻的機械加工表面，以盡可能少地去除材料來保留表面硬度。氮化合金則為具有氮化元素的合金鋼。
氮化的歷史
20世紀20年代開始系統性地研究氮對鋼表面性質的影響，氣體氮化的研究在德國和美國同時展開。在德國，此過程廣受歡迎，並開發出多種旨在進行氮化的鋼材；然而在美國，由於需求不高，這一過程幾乎被遺忘。二戰後，該技術從歐洲重新引入，美國的氮化技術逐漸進步。
氮化過程不僅改變了材料的表面性質，也對各行各業的生產作業產生了深遠的影響。隨著技術的不斷進步，我們是否能期待氮化在未來的應用中發揮更大的潛力?
