钢件经渗氮热处理后硬度、耐磨性、疲劳强度都有较大程度的提高,渗氮温度较低还使得零件变形量较小。但渗氮处理明显的缺点在于处理周期过长。本文研究了活性屏快速离子渗氮技术,对其工艺、理论作了系统的研究。借助先进的分析仪器和分析方法,如场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、显微硬度计等,对渗氮层的相结构、微观组织、显微硬度、渗层厚度和渗层成分等方面进行测试和分析。探讨了高温渗氮温度、高温渗氮时间、低温渗氮时间等因素对渗氮层的影响。利用正交试验设计法对活性屏快速离子渗氮工艺进行了优化,并对预测的优化工艺进行了验证。试验结果表明,在相同的渗氮时间里,在不降低渗层硬度的前提下,与传统的共析温度以下低温渗氮处理方法相比,采用活性屏快速离子渗氮技术可以提高渗层厚度30~50%。此过程可以用“吸收-扩散”模型解释。活性屏快速离子渗氮技术的原理是氮原子在γ-Fe中溶解度大和在α-Fe中的扩散系数大,通过在共析温度以上溶氮形成富氮层、在共析温度以下渗氮消耗富氮层来提高渗氮速度,是一种以优化工艺参数为主,不改变渗氮设备的快速渗氮方法。富氮层的厚度是快速渗氮处理技术的关键。本文利用Fick扩散定律对富氮层的氮浓度、氮浓度梯度进行计算并进行了曲线拟和,指出了由于富氮层的存在而使得试样内表面和基体氮浓度梯度增大20倍以上,从而提高了氮原子向基体的内扩散速度,而内扩散速度恰恰是离子渗氮处理后期的控制环节。这是此项技术和其它的快速渗氮方法的本质区别。