随着新的表征仪器→以及技术的发展,极大促进了离子渗氮技术的发展,离子渗氮技术研究出现了新的突破与进展,新理论的不断提出与新技术的不断产生,使得离子渗氮技术在广度和深度都极大的极▲大地丰富。最近几年,等离子体渗氮技术主要集中在以下几个方面的研究方向:

(1)不锈钢表面等离子体渗氮,由于离子渗氮技术最常用于钢铁材料的表面强化,而且奥氏体不锈钢由于其自身组织为奥氏体的特点,限制了其在摩擦磨损工况中的使用,不锈钢表面╳等离子渗氮依然是研究热点,由于不锈钢中含有较高的Cr元素以及其他合金元素,这些元素易于形成氮化』物。因此我国张仲麟与伯明翰大学T Bell合作开发出了低温渗氮工艺,成功抑制了氮化物的形成。不仅大幅的提高不锈钢表面耐磨性及硬度,而且低温抑∏制了Cr元素的析出,保留了不锈钢原有的耐蚀性。此工艺引起了科技工作者的广泛关注,许多学者详细研究了低温等离子渗氮技术,认为在低温下进行等离子渗氮,不利于氮化物的形成,因此氮︻的固溶度可以很高,引起奥氏体晶格显著畸变。四川∑大学对316L奥氏体不锈钢低温等离子渗氮处理后的耐磨性能进行的深入研究,样品改▲性层中观察到了过饱和固溶体,并发现渗氮层具有非常好的耐干滑动磨损性能,316L奥氏体不锈钢未处理前磨损▂机制为严重的粘附磨损、磨蚀磨损和氧化磨损,低温等离子渗氮处理后变化为中度的塑性变形、轻微磨蚀及摩々擦抛光磨损。这些研究成果已经应用于奥氏体不锈钢低温离子渗氮实际生产当中。

(2)新技术层面出现活性屏离子渗氮技术,克服了传统等离◥子体渗氮易产生边缘效应、弧光放电损☆伤工件表面、以及温度变化引发渗氮层不均匀、空心阴极效应会产生局部过热及难以同时处理大量小工件的一些缺陷,而且渗◥氮时不需将全部表面研磨或机加工处理,极大的简化了渗氮工艺,由于活性屏离子渗氮(ASPN)技术解决这些问题,因此活性屏技术自开发以来,广受科研院所及企业的关注。近几年来国内外都对活性屏离子渗氮(ASPN)技术进行了大量研究。己经成功的将活性屏离子渗√氮技术应用于多种材料,包括碳钢、低合金钢、工具钢、不锈钢以及表面带氧化层的钢铁材料。青岛科技大学◢在活性屏离子渗氮(ASPN)技术中取得很大成绩,C.Zhao等人经研究认为活性屏离★子渗氮是一个多阶段的过程,可分为:溅射、物理吸附、解吸附、扩散和沉积等过程[30]。活性屏离子渗氮过程中也存在很多问题,如活性屏的钝化问题,需要研究人员进一步完善,但其表现出的科研和应用前景都十分吸引人。但是活性屏方法也存在一些问题。

(3)渗氮机理方面,由于离子渗氮是一个非常复杂的多影响因素过程,现有技术及手段无法观察到其渗氮过程,因此对于渗氮的机理一直存有争议,不同学者持不同观点,但随着科学技术的发展,一些新的仪器及的表征方法的引入,研究者更进一步认识了等离子体渗氮技术。如印度等离子物理中心M.K.Sharma等人,采用光发射光谱学(OES)方法,检测了不同气氛下各种离子的空间分布,并测定改变温度、气氛、压力等条件对各种离子浓度及分布产生的影响,对复杂的等离子体环境进行了表征,为等离子←渗氮的气氛设计及控制提供依据。伊朗伊斯法罕大学S.R.Hosseini等人,采用辉光光谱法和次级离子质谱法对离子渗氮试样氮浓度扩散断面图重新进行了测量,为等离子体渗氮过程提供了非常精确的ζ浓度梯度数据。澳大利亚皇家P?Hubbard等人通过硅片收集溅射的原子团簇,对等离子渗氮过程中氮的传质进行了相关研究,研究结果表明溅射表面的沉积层ω 不但无助于氮原子扩散,而且还会起阻碍的作用。进一步研究表明氮向基体中扩散需要携带一定的能量注入基体表面。

这些最新的科研表征方法使人们能观察离子渗氮过程细节。随着科技的不断发展,等离子渗氮过程将会︾得到进一步发展,因此,等离子渗氮的机理还得深入研究。

(4)等离子渗氮与其他技术复合改性,离子渗氮技术在工业中特别是制造业中应用广泛,能极大的提高钢铁零件表面硬度与耐磨性,提高零件的使用寿命,且渗氮前后零件变形很小,接近于无变形,所以将离子渗氮技术与其他表面改性技术,如热喷涂技术,有研究人员将这两种表面技术有机结合起来,应用于机床刀具的表面改性上,扬长避短,既利用了等离子渗氮技术△的优点,也利用了热喷涂技术的优点,使刀具的硬度得到了极大的提高,同时由于等离子〓渗氮之后的硬度介于基体与热喷涂涂层之间,使得基体、渗氮层、喷涂层形成了平缓的硬←度梯度,提高了刀具的韧度。土耳其萨卡里亚大学K.GenelB.Golgeli研究了镀硬铬前【先在工件表面渗氮预处理,由于提高了基体表面硬度,降低了镀硬铬后表面残余压应力,显著提高了工件疲劳寿命。因此∴将等离子渗氮技术与其他表面改性技术复合起来,一直都是科技↓工作者及研究人员努力的方向。

(5)可渗氮强化材料的扩展和丰富,近几年来随着轻量化的提出,很√多有色金属应用于制造业中,其中铝及其合金大量应用于汽车工业中,以实现节能减排,这是由于铝合金具有很高的比强度,但因为铝合金硬度较低,而且磨损严◥重,此缺点严重限制了铝及其铝合金的工业应用。长期以来科技工作者将铝合金的表面改性作为研究热点,已开发出铝合金微弧氧■化等表面改性技术,但微弧氧化处理后试样尺寸有偏差,且其形成的氧化膜不均匀,因此研究人①员努力将离子渗氮技术应用到铝合金表面改性方面。

钛合金相比铝ㄨ合金具有很高的比强度,且具有重量轻,耐腐蚀性好,良好生物兼容性,以及维持】其高温特性的能力。因此钛合金常用于医疗,汽车,和航空航天领域,近些年应用量不断增◎加,然而,相对硬度差和耐磨性低是钛合金的缺点,文献介绍了钛合金的激光碳氮共渗⊙工艺,证实了激光碳氮共渗是一种可行、有效的提高Ti-6Al-4V合金硬度和硬化深〗度的方法,且此工艺不会使钛合金产生裂纹。钛合金离子渗氮表面改性成为一个重要的研究方向。其他比较重要的研々究方向还包括低压离子渗氮、快速离子渗氮等。