采用不同空氣流量對42CrMo 鋼進行離子氮氧共滲，并和常規離子滲氮進行對比。利用金相、顯微硬度計、X 射線衍射儀、電化學性能分析測試儀對復合滲層的顯微組織、厚度、物相、表面硬度及耐蝕性進行了測試和分析。研究結果表明，普通空氣可用作42CrMo 鋼離子氮氧共滲處理的氧氣源；同樣溫度和時間條件下，離子氮氧共滲比常規離子滲氮的滲層厚，表面顯微硬度提高，硬度梯度更加平緩。同時，滲層中物相含微量Fe3 O4，起到提高耐蝕性的效果。同時，研究發現，空氣流量0.3 L/min 為最佳工藝參數。

　　42CrMo 鋼具有高強度、高韌性和淬透性好等良好綜合性能，被廣泛應用于齒輪。為滿足齒輪表面耐磨、心部良好韌性的設計要求，進一步擴大其應用領域，一般都要進行表面熱處理。其中，離子滲氮技術已被廣泛應用于鋼材表面強化處理，但在工業生產中由于滲氮周期長速度慢，增加了經濟成本，離子氮氧共滲復合工藝有效提高了滲氮速度，獲得更優的滲層性能。

　　離子氮氧共滲是在離子滲氮氣氛中添加含氧氣體進行的復合化學熱處理工藝，與常規離子滲氮相比，該工藝處理的試樣具有較大化合層厚度，較高的表面硬度，同時滲層中含有Fe3O4物相，該物相結構致密，具有較高的電化學穩定性，顯著提高其耐蝕性。

　　本研究探索普通空氣是否可作為離子氮氧共滲的氧氣源，并系統研究不同空氣流量對42CrMo 鋼離子氮氧共滲復合滲層組織與性能的影響，探討離子氮氧共滲復合處理機理。空氣離子氮氧共滲可帶來的顯著優點是操作方便，可減少采用其他氣源造成的成本增加、環境污染，尤其可大大提高滲速。

　　1、實驗材料及方法

　　實驗材料為調質態42CrMo 鋼，其化學成分( 質量分數為：0.39% ～0. 42% C；0.16% ～0.24% Mo；0.75% ～1.0% Mn；0.15% ～0.34% Si；0.9% ～1.02%Cr；其余為Fe。采用線切割切成10 mm × 10mm × 5 mm 試樣，表面依次用240 目-2000 目的SiC砂紙磨平，再用金剛石拋光至鏡面，最后用無水乙醇在超聲波中清洗10 ～15 min，并用吹風機吹干，待用。

　　離子滲氮共滲復合處理工藝流程如圖1 所示，主要分如下三步：首先，向LD-8CL 型直流等離子體滲氮爐內通入氫氣進行濺射加熱和清潔處理；當達到設定的離子氮氧共滲溫度后同時通入氫氣和氮氣和不同流量的空氣進行離子氮氧共滲。離子氮氧共滲溫度為550℃、時間為4 h，氫氣和氮氣流量恒定，分別為0.6 和0.2 L /min。離子氮氧共滲結束后，關閉所有氣源待試樣在離子滲氮爐內冷卻到到室溫。所采用的離子氮氧共滲工藝參數如表1 所示。

圖1 離子氮氧共滲工藝流程圖

　　采用金相顯微鏡和JSM-6510 型掃描電鏡(SEM) 對截面組織進行觀察；D/max 2500 型X 射線衍射(XRD) 儀對滲氮層物相進行分析；采用TD7300 型電化學測試系統在3.5% NaCl 溶液中進行，測量離子氮氧共滲后的試樣在室溫下的極化曲線，參比電極為飽和甘汞電極(SCE) ，輔助電極為Pt電極，初始電位為-1.6 V，終止電位為-0.4 V，掃描速度為1 mV/s。表1 離子氮氧共滲工藝參數對離子氮氧共滲白亮層厚度和硬度的影響。

　　2、結論

　　(1) 普通空氣可以作為離子氮氧共滲氧氣源，且添加適量空氣可大大提高42CrMo 鋼離子滲氮速度。

　　(2) 42CrMo 鋼空氣離子氮氧共滲處理后，滲氮層物相發生改變，滲層中出現具有良好電化學穩定性的Fe3O4相，從而進一步提高滲氮層耐蝕性。

　　(3) 42CrMo 鋼空氣離子氮氧共滲處理后，化合層厚度比常規離子滲氮厚度提高50% 以上，有效硬化層深度提高100 μm 以上。

　　(4) 空氣離子氮氧共滲處理后，表面硬度最大達到790 HV0.05，比常規離子滲氮提高60 HV0.05，且滲層硬度梯度更加平緩。

　　(5) 空氣流量v空= 0.3 L /min 時為最佳工藝參數，獲得最佳滲層。