滲氮層氮化物分布與形態(tài)是影響滲氮層硬度的關(guān)鍵。當(dāng)?shù)飶浬⒎植紩r(shí)的硬度就偏高，相反就偏低。在常規(guī)滲氮處理中產(chǎn)生的一般是片狀的氮化物，并與母相共格或半共格的氮化物。伴隨溫度的升高，氮化物不斷地累積變大，與母相脫溶，硬度也急劇下降。
? ?稀土滲氮過程中，由于稀土的滲入使得氮化物呈現(xiàn)彌散且不均勻的分布狀態(tài)，從而使自由能急劇升高，成為間隙N原子的陷阱。同時(shí)，能夠形成亞穩(wěn)定的Cottrell氣團(tuán)，這一氣團(tuán)可以降低該處的能量。氮化物的形成則以稀土元素為核心，其分布也變得細(xì)小彌散。同時(shí)，它還呈現(xiàn)彌散準(zhǔn)球狀析出，進(jìn)而避免產(chǎn)生脈狀組織，也避免出現(xiàn)氮化物沿晶界偏聚。此外，在一定溫度區(qū)間內(nèi)，氮化物形態(tài)不改變，其分布也不會(huì)改變，與常規(guī)滲氮技術(shù)相比，稀土滲氮技術(shù)使得氮化物的滲層硬度較高，且脆性能夠保持在0～1級(jí)。
2.3、稀土滲氮對(duì)工藝的要求

稀土滲氮具備滲層硬度較高的特性，根據(jù)這一特性，可將滲氮溫度提高10～20℃，進(jìn)而更有效地促進(jìn)滲速的提高。根據(jù)大量實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，可以發(fā)現(xiàn)：用同樣的溫度，稀土滲氮只能將滲速提高15%～20%，但是，在將溫度提高20℃以后，滲速則可以大幅度提高。同時(shí)，與常規(guī)滲氮技術(shù)相似，稀土滲氮也要將滲氮的氨分解率控制在合理的范圍內(nèi)，即在開始階段要采用較高的氮?jiǎng)?Np)，然后在逐步降低。一般采用變溫變氮?jiǎng)莸膬啥朔煽貧夥諠B氮工藝，且初期使氨氣分解率降低，氮?jiǎng)菰龈邅磉m應(yīng)滲氮速度加快的要求，使其大幅度增加。
2.4、稀土滲氮的經(jīng)濟(jì)效益及節(jié)能情況
? 采用常規(guī)滲氮工藝，一般的合金結(jié)構(gòu)鋼，滲層要求0.3mm時(shí)，保溫時(shí)間一般需要30h以上。滲層要求0.6mm時(shí)，保溫時(shí)間需要90h以上。采用稀土滲氮加入催滲劑后，一般的合金結(jié)構(gòu)鋼，滲層要求0.3mm時(shí)，在相同溫度條件下如果能夠配合使用循環(huán)加熱的保溫滲氮工藝，則保溫時(shí)間只需14h。比常規(guī)滲氮技術(shù)的保溫時(shí)間縮短16h，節(jié)省53%的用時(shí)，因而能夠節(jié)省40%用電、減少氨氣消耗約35%、減少廢氣排放約35%。滲層要求0.6mm時(shí)，可縮短保溫時(shí)間約40%。
? ?我國是機(jī)械制造大國，采用氣體滲氮的企業(yè)數(shù)以千計(jì)，主要在機(jī)床制造、風(fēng)電傳動(dòng)、航天航空設(shè)備、模具制造等行業(yè)。據(jù)估算，井式滲氮爐(以75kW計(jì)算)3000臺(tái)，全年操作按100次計(jì)算，每次通電25h，則年耗電5.625×108kW?h。使用稀土催滲劑后，可提高滲速40%，則節(jié)電2.250×108kW?h，相當(dāng)于9萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，減少CO2排放8萬噸。所以如果全行業(yè)在滲氮過程中采用稀土催滲技術(shù)，則有較好的“節(jié)能減排”功效。

3、稀土滲氮技術(shù)的發(fā)展
3.1、稀土滲氮重要意義
? ?近年來，伴隨世界能源價(jià)格的普遍上漲，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展面臨巨大挑戰(zhàn)，為此提出了建立創(chuàng)新型節(jié)約型國家，實(shí)現(xiàn)經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展的目標(biāo)，并出臺(tái)了有關(guān)降低能耗、節(jié)約能源、減少排放以及實(shí)現(xiàn)高效延壽的有關(guān)政策。根據(jù)對(duì)稀土滲氮工藝的初步試驗(yàn)可知：稀土催滲可以大幅度縮短氣體滲氮的時(shí)間，并且對(duì)于不同的鋼材顯示不同的催滲效果，一般可以縮短30%～60%左右，并且表面硬度還比傳統(tǒng)的滲氮提高50～150HV。初步計(jì)算，采用這一技術(shù)，將大幅度降低電耗，預(yù)計(jì)可使電耗降低30%～40%，并且降低滲氮廢氣的排放量，縮短工時(shí)，提高工作效率。同時(shí)鋼件也將質(zhì)量大幅度提高，抗磨損，使表面耐磨性能大大加強(qiáng)，強(qiáng)度硬度一定范圍內(nèi)增加，實(shí)現(xiàn)高效利用及延長壽命。稀土滲氮技術(shù)將會(huì)促進(jìn)我國的滲氮工藝的發(fā)展。
3.2、稀土滲氮的展望
? ?滲氮工藝具有提高零件表面硬度、提高零件耐磨性以及提高耐腐蝕性與疲勞抗力等特性能夠廣泛用于模具生產(chǎn)和動(dòng)力機(jī)械等行業(yè)。滲氮是機(jī)械加工中不可替代的工藝，但是滲氮工藝還存在一些急需解決的問題，如工藝時(shí)間過長，以滲層0.5mm為例，它的用時(shí)要長達(dá)50h，如果在將輔助時(shí)間計(jì)算在內(nèi)，它的工藝時(shí)長將達(dá)3～4d。因此，這將浪費(fèi)大量的工時(shí)、電耗與氨氣。為此，滲氮工藝今后的研究重點(diǎn)應(yīng)圍繞如下方面：一是縮短滲氮時(shí)間；二是加深滲層；三是降低能耗；四是向發(fā)展綠色經(jīng)濟(jì)方向轉(zhuǎn)變。
? ?鑒于我國擁有豐富的稀土資源以及稀土滲氮工藝的諸多優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)通過技術(shù)創(chuàng)新與推廣，發(fā)揮資源優(yōu)勢(shì)和技術(shù)優(yōu)勢(shì)，進(jìn)而形成產(chǎn)業(yè)發(fā)展優(yōu)勢(shì)和經(jīng)濟(jì)效益。
? ?材料科技研究人員應(yīng)將稀土滲氮工藝的創(chuàng)新與推廣作為研究重點(diǎn)，將其內(nèi)在規(guī)律和滲氮機(jī)理進(jìn)行更深一步的探討。不斷進(jìn)行稀土高效催化劑的研發(fā)工作，努力實(shí)現(xiàn)稀土滲氮工藝全面取代常規(guī)滲氮工藝，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、降耗與增效延壽效果的最大化。

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