離子滲硫

離子滲硫工藝中常用的含硫介質有二硫化碳（CS2）和硫化氫（H2S）。 離子硫氮共滲工藝中可使用硫化氫或二硫化碳作為供硫劑。 在離子氮碳共滲氣氛中加入含硫氣體，即可實現離子硫氮三元共滲。

離子滲硫
一、概述
工件（經硬化處理後）經滲硫處理後，其表面可形成多孔、鬆軟的由FeS、FeS2組成的極薄的硫化物層，硫化物層可以降低摩擦係數，減少一般摩擦件的磨損，提高抗咬合性，延長使用壽命。滲硫層還能提高象柴油機缸套那樣摩擦件的潤滑效果，節約燃油、增大功率輸出。硫化鐵層的持久潤滑效果，更能改善象綱領（一種紡織機械零件）那樣高速摩擦、磨損件的工作條件，減小溫升；其良好的抗咬合性也有利於消除冷沖模具的粘著現象，延長服役期限。即使經過表面強化（如工件經滲硼、滲氮或滲氮碳）的工件，再複合以低溫離子滲硫，也可進一步提高使用性。
二、硫化物層的特性
硫化物層的特殊結構使其具有以下一些特性：
1、硫化物為密排六方晶體結構，具有優良的減摩、抗摩作用。
2、硫化物層質地疏鬆、多微孔，有利於儲存潤滑介質。
3、硫化物層隔絕了工件間的直接接觸，可有效地防止咬合的發生。
4、硫化物層軟化了接觸面的微凸體，在運動過程中有效避免了硬微凸體對對偶面的犁削作用，並起到削峰填谷作用，增大了真實接觸面積，縮短磨合時間。
5、硫化物層的存在使接觸表面形成應力緩衝區，有效提高抗疲勞能力及承載能力。
三、可實施離子滲硫的材料
可進行離子滲硫的材料種類較多，碳素結構鋼、合金結構鋼、碳素工具鋼、合金工具鋼以及各類硬質合金等均可實施離子滲硫處理。
四、離子滲硫工藝中常用的供硫劑
離子滲硫工藝中常用的含硫介質有二硫化碳（CS2）和硫化氫（H2S）。
1、二硫化碳（CS2）
二硫化碳（CS2）是一種無色易揮發液體，其分子量為76，熔點為-111.9℃，沸點為46.24℃，20℃時其密度為1.26g/cm3，20℃時在水中的溶解度度為0.179。二硫化碳溶於乙醇和乙醚。
2、硫化氫（H2S）
硫化氫（H2S）是一種無色氣體，具有強烈刺激的臭雞蛋氣味，其分子量為34，沸點為-60.35℃，25℃時其密度為1.26g/L，具有腐蝕性和毒性。
五、離子滲硫及離子含硫多元共滲工藝
離子滲硫是一個廣義的工藝概念。實際套用中，它包含了單純的離子滲硫、離子硫氮共滲和離子硫氮碳共滲等多種工藝，以下就這幾種工藝逐一進行陳述。
（一）離子滲硫工藝
離子滲硫通常是在160～300℃的低溫下進行的，常用的離子滲硫溫度為180～200℃。供硫劑可採用二硫化碳（負壓吸入，與丙酮的加入方式相似），也可採用硫化氫氣體。其中採用硫化氫作供滲硫源時，一般以H2S—Ar—H2作為滲硫氣氛，高純度（99.999%）的Ar和H2（比例為1:1）作為載體氣，H2S的用量為總氣體量的3%。
混合氣的流量約為80～120L/h（對LDMC-75爐型而言）。
保溫時間依據不同滲層的要求，可選用十幾分鐘至二小時，所得到的滲層深度從幾微米至幾十微米。
滲層組織是以FeS為主的化合物層，無明顯的擴散層。
（二）離子硫氮共滲工藝
離子滲氮氣氛中加入適量的含硫氣氛即可實現離子硫氮共滲。高硬度滲氮層的外表面的硫化物層能提高工件的減磨、抗咬合能力。
離子硫氮共滲工藝中可使用硫化氫或二硫化碳作為供硫劑。在實際使用過程中，二硫化碳不是直接通入爐內使用，而是使用二硫化碳與水蒸汽的反應氣，因此，操作起來有一定的難度，故使用較少。
滲氮氣氛中通入適量的硫可以提高氮勢，降低ε相的形成溫度，加速滲氮過程，因而強烈影響滲層特徵。隨著氣氛中含硫量的逐步提高，滲層表面的含硫量開始也隨之增高，總滲層也曾厚，但氣氛中含硫量增至一定值時，滲層反而開始減薄，尤其在共滲溫度高、共滲時間長的條件下，氣氛中硫含量過高，工件表面易出現灰黑色粉末狀沉積物，滲層脆性高，易剝落。反之，若氣氛中含硫量太低，則滲硫效果不明顯且硫化物層結合不好。
基於以上分析和試驗，當以硫化氫為共滲劑時，NH3:H2S以10～30:1較適宜。
硫氮共滲的溫度依據材料的不同，可在480～570℃範圍內選用。硫氮共滲的時間依據對滲層的不同要求，多在兩個小時之內。
離子硫氮共滲層的組織為多層結構，最表層為硫化物層（硬度低），次表層為氮的化合物層（高硬度區），裡層為擴散層。
（三）離子硫氮碳共滲工藝
在離子氮碳共滲氣氛中加入含硫氣體，即可實現離子硫氮三元共滲。研究認為，在離子氮碳共滲氣氛中加入少量含硫氣體，可提高氮和碳的活性，在低溫下（如500℃）也易形成ε相（S、N、C的化合物），而且可提高ε相中的含氮量。因此，三元共滲的滲速更高，滲層質量相對更好，同樣可提高工件的耐磨性、抗咬合能力和疲勞強度。
常用的作為硫氮碳共滲的氣體配比有以下兩種：
（1）CH4:H2S:NH3=3:2:20；
（2）(C2H5OH:CS2=2:1):NH3=1:20
離子硫氮碳共滲有兩種操作方式，（1）先進行氮碳共滲後再滲硫；（2）通入混合氣氛同時進行三元共滲。
離子硫氮碳共滲的溫度可參照離子氮碳共滲的溫度選擇，通常在550～580℃範圍內。
離子硫氮碳共滲的時間依據材料的不同而異，普通鋼可選用570℃、2～3小時共滲；高速鋼則採用低溫（480～540℃）短時（15～120分鐘）共滲工藝。
離子硫氮碳共滲層的組織為多層結構，自表及里依次為黑色多孔質地較軟的FeS薄層、含硫的ε+γ’化合物層以及含碳和氮的