以氧氣感測器控制氣體滲氮之可行性研究

A Study on White Layer Control in Gas Nitriding Process Using an Oxygen Sensor

蔡居正(C. C. Tsai) ； 李明彥(M. Y. Lee) ； 陳永傳(Y. C. Chen)

《材料科學與工程》 34卷3期 (2002/09) Pp. 173-178

https://doi.org/10.6409/JMSE.200209.0173

摘要

氣體滲氮的優點很多，但白層的產始終造成額外的支出。適當地控制滲氮爐氣的成分可以減少白層的生成，所以本研究以氨氣為主要滲氮氣體，使用氧氣感測器來偵測爐氣狀態，以其輸出的電壓值為控制訊號來控制滲氮氣體的成分，以達到控制白層厚度之目的。研究結果顯示，適當控制滲氮爐氣的電壓值以控制氫氣的添加量，可顯著降低白層的厚度，但並不減少滲氮層的硬度及深度，而在低電壓（高氮勢）的爐氣，其白層厚度之控制誤差較小，高電壓（低氮勢）的爐氣，其白層厚度之控制誤差較大。在滲氮溫度550ºC，爐氣之電壓值控制在1160 mV以上，以及在滲氮溫度580ºC，爐氣之電壓值控制在1200 mV以上，皆不會產生白層；在滲氮溫度550ºC，爐氣之電壓值控制在1140 mV，以及在滲氮溫度580ºC，爐氣之電壓值控制在1180 mV，所得滲氮層之硬度分佈最佳。

關鍵字

氧氣感測器 ； 白層 ； 氮勢

並列摘要

The gas nitriding process has many advantages, but the formation of white layer sometimes causes extra expenses. The formation of white layer can be reduced by an appropriate control of the atmosphere. In this experiment, the nitriding gas is composed by mixing NH3 and H2. An Oxygen sensor is used to detect the condition of atmosphere, and the value of output voltage (EMF) is used as the control signal of the H2 supply. The results show that the thickness of white layer can be effectively educed by controlling the supply of H2 through the voltage reading of atmosphere. Meanwhile, the hardness and the depth of nitriding layer can still be maintained. The control error of the white layer is minor at low EMF value (low nitriding potential). There is no white layer formed when the EMF is controlled either above 1160 mV at 550ºC or above 1200 mV at 580ºC. Moreover, the satisfying hardness distribution of nitrding layer is obtained when the EMF is controlled on either 1140 mV at 550ºC or 1180 mV at 580ºC.

並列關鍵字

Oxygen sensor ； White layer ； Nitriding potential