Азотный потенциал при ионном азотировании в плазме тлеющего разряда

Abstract

Рассмотрены вопросы регулирования фазового состава азотированного слоя при газовом и ионном азотировании в тлеющем разряде. Установлено, что имеющиеся модели управления структурой азотированного слоя с помощью индекса азотирования (азотного потенциала) не применимы для ионного азотирования в тлеющем разряде. Принципиальным отличием ионного азотирования от газового является то, что химически активный азот образуется в разрядной зоне (катодном слое) и его массоперенос осуществляется в виде направленного к поверхности металла потока активных частиц – ионов, атомов и молекул. Получена взаимосвязь химической активности разряда с характеристиками азотируемой стали – растворимостью азота в α-твердом растворе и коэффициентом диффузии при ионном азотировании в плазме тлеющего разряда. Показано, что регулирование строения азотированного слоя при ионном азотировании достигается изменением плотности потока азота в плазме, поддерживая который на уровне растворимости азота в той или иной фазе (α, γ′) можно получать азотированный слой, состоящий только из α-твердого раствора, либо слой, состоящий из γ′-нитридного слоя и диффузионного подслоя. При этом для каждой марки стали существует определенный диапазон значений плотности потока азота, в котором обеспечивается предельная концентрация азота в α-твердом растворе, а на поверхности не образуется γ′-слой, характеризующийся низкой диффузионной подвижностью азота.