普通等離子體氮化工藝要求氣體壓力為3~10mbar，以保證等離子體與基底的完全接觸。對(duì)與復(fù)雜形狀的基底，如表面小溝槽或螺紋等，等離子體滲氮設(shè)備參數(shù)在復(fù)雜形狀的附近分布會(huì)有一定的差異，引起周圍電場的變化，從而改變?cè)搮^(qū)域的離子濃度和離子轟擊能量。若采用常規(guī)的等離子體滲氮，則在等離子體鞘層更容易發(fā)生離子碰撞，從而導(dǎo)致離子的能量降低，也更難激活更多氧化物金屬表面，如不銹鋼等。這復(fù)雜形狀的基底條件也會(huì)導(dǎo)致區(qū)域溫度過熱，并且氮化特征與其它基底條件不同。但由于采用常規(guī)的等離子體滲氮工藝產(chǎn)生的這種異常輝光放電，放電參數(shù)是相互關(guān)聯(lián)耦合的，因此不可能通過單獨(dú)改變某一放電參數(shù)來控制氮化過程。
為解決這一問題，研究者們研制出低壓等離子體，當(dāng)氣壓低于10PA時(shí)，它不會(huì)產(chǎn)生異常的輝光放電。在射頻作用下，熱絲會(huì)產(chǎn)生一系列低氣壓的等離子體，這些等離子體充滿了整個(gè)處理空間，其中含有大量的活性原子，這樣就可以提高氮化效率。RF等離子設(shè)備氮化過程中，等離子體的產(chǎn)生與基底偏壓的控制是分開的，因此可以分別控制離子能量和基底表面通量。因工作氣壓較低，消耗的氣量也相應(yīng)減少。
使用低能量直流輝光放電產(chǎn)生NH原子團(tuán)進(jìn)行氮化，利用這些高活性的原子團(tuán)進(jìn)行氮化，整個(gè)流程需要一臺(tái)外接電源加熱工件，其過程類似于氣體氮化。該工藝不僅能控制表面拓?fù)?，還能選擇是否形成復(fù)合物層，并能在不改變表面結(jié)構(gòu)特征的前提下，控制復(fù)合物層厚度和擴(kuò)散層深度。如果金屬表面有窄小的縫隙和孔洞，采用該工藝也能輕松實(shí)現(xiàn)氮化。
常規(guī)的等離子體氮化工藝采用直流或脈沖異常輝光放電。該技術(shù)在低合金鋼和工具鋼中的氮化處理效果較好，但對(duì)于不銹鋼，尤其是奧氏體結(jié)構(gòu)不銹鋼，效果較差。氮化工藝在高溫下會(huì)析出CrN，因此金屬表面非常堅(jiān)硬且耐磨，但缺點(diǎn)是容易腐蝕。利用該工藝制備的改性層含有一種名為擴(kuò)展奧氏體的富氮層，通過低溫和低壓放電技術(shù)成功地解決了這一問題。24551