本文所介紹的最新氮化法是在約300 mb工作壓力下，加入（氮化氣體）、（笑氣、當觸媒）、（稀釋劑）

進行氮化，亦可再加入（供給碳）進行軟氮化。低壓氮化法速度快、氮化層組織可選擇為純擴散層或為致

密白層，可氮化深孔狹縫，工作表面潔凈，量產性佳，省氣體能源，作業環境優良，應用廣泛，對滾輪、

耐磨耗零件、鋁擠型模、塑料模具及鍛造模具等都有很好的處理效果。
一、前言
　　低壓氮化亦稱為真空氮化，系一種在真空爐內或減壓狀態下（約300 mb左右）進行的氣體氮化或氣體

軟氮化處理，可使工件表面得到較高硬度之氮化層，增加工{TodayHot}件表面壓縮壓力，以提高其耐磨耗性及耐疲勞

性。處理溫度與一般氣體氮化溫度相近，即約在400～600℃左右。
二、原理
　　根據Henri Michel的研究：氮在不同組織中有不同的擴散速度，其中
為氮在ε相中的擴散速度
為氮在相中的擴散速度
為氮在α相中的擴散速度
　　所以
　　　　
　　亦即為提高氮化速度，必需在氮化過程中延緩化合物層（以相及ε相為主）的形成，而盡量維持在α

相，直到擴散深度足夠后再視需要產生化合物層。
　　低壓氮化技術是法國HIT熱處理集團中所屬的研究發中心INNOVATIQUE最近開發出來的新技術，他們稱

之為NITRAL制程。使用的氣體稱之為ALNAT，包括：
1.：氮化氣體。
2.：笑氣，做為觸媒、催化劑。
3.：稀釋劑（也可用含5～7％之混合氣），降低氮勢。
4.：甲烷，供給碳以便進行軟氮化（CARBONITRAL）。
　　化學反應如下：
　　　　　　　　　 (1)
　　Nα是在氨裂解出來的初生態氮，亦為擴散進入工件表面的主角。
　　上反應式(1)在常壓時呈平衡狀態，在低壓時則往右反應，有較高的氮勢，所以氮化速度快。
　　 (2)
　　可使工件表面氧化如式(2)，并促進裂解，如式(3)
　　 (3)
　　此后，即可自行裂解出初生態氮Nα，進行氮化作用，擴散進入工件表面。
三、制程
　　在進行低壓氮化之前，工件應先做好前處理。
清洗工件：工件表面不要有油污或氧化物。 
工件安置：盡量均勻分布以使氣體容易流通，效果較佳，但隨意成堆安置亦可處理。 
防氮處理：可使用防氮漆（CONDURSAL N523）涂在不欲氮化之表{HotTag}面。 
　　典型的低壓氮化制程如下：
抽真空（VACUUM） 
　抽至 mbar
　歷時約10～15分鐘
對流加熱（CONVECTION HEATING） 
　加100％或混合氣（5～7％）
　壓力800mbar
　氮氣是很好的熱傳介質，此階段可使工件溫度均勻。
排氣（PURGE） 
　抽至 mbar
　歷時約15～20分鐘
　此階段可使工件表面之污染物完全抽掉。
去鈍化（DEPASSIVATION） 
　加100％或100％
　壓力300 mbar
　此階段時間與去除鋼鐵表面鈍化膜時間有關。
排氣（PURGE） 
　抽至 mbar
　歷時約10～15分鐘
　此階段旨在抽掉去鈍化氣體，以免影響氮化氣氛。
低壓氮化（LP NITRIDING） 
　加入及所需之處理氣體。
　處理壓力300 mbar
　處理溫度510～570℃，視工件回火溫度而定（低于回火溫度30℃即可）。
　氮化過程分段實施，逐次以稀釋，降低氮勢，在不產生白層的情況下得到最快的氮化速度及氮化深度。
7.排氣（PURGE）
　抽至 mbar
　歷時約15～20分鐘
　此階段排氣可使工件冷卻過程中表面不致被氧化，打開爐門取出工件時亦不會有大量氨氣臭味。
8.冷卻（COOLING）
　加入或混合氣（5％ max.）
　處理壓力850 mbar
　冷卻至室溫（60℃以下）
　　低壓氮化處理制程如圖1所示。
　

圖1　低壓氮化處理制程示意圖
　
　　如前所述，在 mbar真空下加熱至500℃以上時，鋼鐵表面的及將轉化為穩態的氮化物而升華，隨之被

抽去，表面吸附的其它氣體和粘附物（如清洗劑等）也將脫附而被排出爐外，表面活性大為提高，促進了

對氮化過程中活性氮原子Nα的吸收，加速氮化反應。此外，真空中可減少氮化氣氛中的有害物質，凈化

爐內氣氛，并可提高氮勢，約比普通氣體氮化的爐內氣氛氮勢提高40％左右，因在低壓下分解的分子數少

，加之間歇抽氣，有效地阻止在工件表面形成吸附層，促進了分子與工件表面的碰撞，加快氮化過程，即

使在較高的溫度下，爐氣仍有很強的氮化能力。
目前常用的氮化法有氣體氮化、鹽浴氮化及離子氮化，加上最新發展出來的低壓氮化，各有其特性、優點

及限制，茲簡單比較如表1所示。
　
　
項目
優　　點
限　　制
氣體氮化 ‧簡單易做 
‧可整體處理（混載）
氮化層選擇不易 
白層有微細孔洞，不致密
有排放
氣體消耗大
局部氮化困難
不能氮化不銹鋼及鈦合金
鹽浴氮化 ‧氮化速度快 
‧處理均勻
氮化層選擇不易 
白層疏松、不致密
局部氮化不易
工作須縛緊，準備費時
處理后需清洗工作
作業環境不佳
能源消耗大
鹽浴成本高
不符環保生態
不能氮化鈦合金
離子氮化 ‧氮化層組織可選擇 
‧氣體消耗低、省能源
‧白層致密
‧工件表面清凈
‧作業環境佳
‧氮化速度快
‧局部氮化容易
無公害，符合環保生態
可氮化不銹鋼及鈦合金
工件需適當擺置，準備費時 
深孔狹縫氮化困難
有中空陰極效應（hollow cathode effect）
可能產生弧擊（arcing）
均溫性不佳
低壓氮化 可選用適當的氮化組織 
‧氮化速度快
‧白層致密
‧可氮化深孔狹縫
‧可整體氮化處理（混載）
‧工件表面潔凈
‧符合環保生態
‧氣體消耗低
‧真空制程彈性大
‧可氮化不銹鋼及鈦合金
‧處理溫度均勻
有排放 
局部氮化較困難

表1　各種氮化法比較
　
五、結論
　　由于低壓氮化所得之氮化層致密，硬度分布之梯度平緩，故較不易有缺陷剝離。而且復雜形狀、深孔、狹縫中都可得均勻的硬化層，完全為沒有白層的純擴散層也很容易得到，故對于壓鑄模具、鍛造模具、鋁擠型模以及噴嘴、滾輪、引擊汽缸等耐磨耗、耐疲勞工件都十分適用，是一項頗具發展潛力與蘊藏商機的新技術