在QPQ处理以后，在化合物层的外面总有一层海绵状或柱状的多孔区，这一区域组织不太致密，一般称为疏松层。疏松层硬度较低，耐磨性较差。

(资料图)

几乎对所有的渗氮和氮碳共渗技术来说，都不希望得到有大量孔洞的严重疏松的化合物层。但在实际生产中要想完全避免孔洞的形成几乎是不可能的，这也是生产中最难解决的关键问题之一，因此很有必要对疏松的形成加以仔细地分析和讨论。

疏松层不仅是盐浴渗氮有，气体软氮化等表面强化技术也会产生疏松。

对于渗氮时产生的疏松层已经有专门的标准进行评定，QC／T469-1999（渗氮层疏松组织级别图）按疏松层的深度占化合物层的比例，把疏松分为5个级别，并规定1～3级为合格。

一般情况下化合物层外的疏松都可以按上述标准评定，但有时会产生一些特殊的疏松，用上述标准不易评定。下图为极细的点状疏松和夹层疏松。这两种疏松在评级图中不存在，无法评定级别。

关于疏松对耐磨性的影响，学者们的看法也不完全一致。多数学者认为，疏松层由于不致密，硬度低，耐磨性肯定很低。但也有的学者认为，疏松层对提高耐磨性有利，其理由是疏松层可以存储润滑油，减少金属间的摩擦，因而可以减少磨损。还有的学者认为疏松层对耐磨性的影响不大，如国外某公司规定他们的产品在进行渗氮处理时，要求保持25％～50％的化合物层就足够了。并介绍说在大量生产中，用此法生产的汽车缸套未发生任何损坏现象。

但在渗氮处理于疏松层对耐蚀性的影响，一般来说疏松严重会降低时通性；以后如表面还涂密封剂一类的耐蚀性油脂时，则疏松的空洞会很好地储存油脂，因而耐蚀性会大大提高，相反如果表面太为，存储油脂，不可能达到提高耐性的目的，可能在这种情况下，有疏松的化合物层的耐蚀性反而比致密的化合物层的耐蚀性高。

此外，疏松层降低表面硬度，使表面变得不光滑，增加表面的粗糙度值。如果产生夹层疏松，在工件表面抛光时可能会产生起皮现象，影响工件的表面质量，严重时会使工件无法出厂。

关于疏松层产生的原因，长期以来进行了很多研究，但无法找到确切的原因。很多学者认为疏松就是孔洞，关于孔洞的形成国外学者有以下几种看法：

1）在形成化合物的过程中，铁原子由外向内迁移，引起晶格中的点阵缺陷由内向外迁移，从而形成孔洞，产生疏松。

2）渗氮时产生的内应力是产生孔洞的主要原因。

3）孔洞的产生是由于ε相和γ＇相相对N的亚稳定性（不够稳定），在化合物层表面的晶界处，氮原子重新结合成氮分子从表面逸出，孔洞合并后形成垂直于表面通道，即形成疏松。

法国学者歇罗特尔等人，在研究孔洞形成方面取得巨大突破。他们采用了扩散重组体进行试验，证实了孔洞形成时氮的重组现象，即在扩散过程中，被溶解和被化合的氮原子重组成氮气分子。把一种特殊的封闭的DIREK体作为样品，在其内部氮原子重组形成气体氮分子，从而导致DIREK体膨胀。

试验是这样进行的：首先根据前人的试验得出结论，氮原子重组成氮分子必须满足两个条件，即几何条件和能量条件。

几何条件就是具备氮原子形成氮分子的位置。在渗氮过程中，具有适合氮原子重组的位置，位错就是氮原子重组成分子的适合位置，所有较大的空腔都可以视为适合于氮分子化的位置。

能量条件就是说氮原子分子化时需要一定的能量。在渗氮时，所在相中氮具有一定的浓度，包括氮的浓度、氮活度、氮势等，都可视为能量的来源。

试验者认为渗氮试验过程中满足了上述两个条件。

试验者设计的专用的器具，DIREK体（称之为“孔洞试验器”），试验器用极薄的铁片焊接成密闭的容器，然后进行了反复多次的长时间的渗氮处理。

下图表明，渗氮处理前容器形状很规则，渗氮处理后密闭的容器膨胀成鼓状，证实了其内部压力增大。测定DIREK体内的压力发现，容器内部的最大压力可达9.5bar。同时还在密闭容器内检查出氮分子的存在。这就证实了在渗氮的过程中，确实有氮原子转变成氮分子，从而导致容器内部压力增大并膨胀成为鼓形。

在进行密闭容器试验的同时还进行了金属膜片试验。对厚度仅50μm的铁薄用于的进行求选五确的就能关的，进行面是的的氮以后，金属的体积扩大，密度减小。试验说明，在长期渗氮以后，降，这是由于铁在渗氮以后形成孔洞造成的。

试验的结果说明，无论从DIREK体的体积膨胀，还是从金属膜片的密度下降，都证实了确实有氮分子形成这样一个事实。

说明孔洞是在扩散过程中形成的，在扩散过程中，被溶解在固指体中或数化合在化合物层中的N原子重组成N分子。

同时进一步指出，这种孔洞不仅存在于ε相和y相中，而且也存在于N-C马氏体层中，最新的研究证明，ζ化合物层中也有孔洞。

在化合物层的外层有极微细的点状疏松，这种疏松的形成与盐浴内部的浮渣有很大关系，这些细渣严重时也可能造成夹层疏松。这一现象是国外的诸多学者的疏松是由于氮原子的分子化造成的说法所不能解释的。因此在盐浴渗氮的条件下，这种结论是不全面的。编者认为疏松的形成除了N原子的分子化以外，还有其他的形成原因，甚至有很多影响因素。

在盐浴渗氮的情况下，盐浴的清洁度对化合物层的致密度有很大的影响。例如在盐浴中存在有大量的细渣时，一般化合物层外面都会有较严重的极细的点状疏松；如果对盐浴进行彻底地除渣，则化合物层外表会很光洁，不会产生严重的疏松，甚至可能形成几乎没有疏松的化合物层，这是疏松就是孔洞的说法无法解释的。

影响疏松形成的因素很多，其中盐浴中的Fe含量过高会导致疏松严重。作者对盐浴中的浮渣和从炉底捞出的渣子进行了化学分析，其中大部分是Fe的氧化物。

下图是盐浴中Fe的含量对疏松程度的影响，可见盐浴中的渣（Fe的氧化物）越多，也就是盐浴中的Fe越多，化合物层的疏松程度越严重。

疏松层的严重程度与盐浴中的含氧量有一定的关系，因此盐浴中的氰酸根的含量越高，则越容易形成疏松。在氮化盐的基本配方中，如果K、Na个占50%，则不容易形成疏松。如果用100%的Na盐则容易形成严重的疏松。渗氮的温度过高或保温时间过长，化合物层很容易形成疏松，如果570~580℃温度下，保温超过三小时以后化合物层的深度增加很少，而疏松层增加很快，在同样的工艺条件下，某些含Si高的材料（4Cr9Si2，球墨铸铁）表面容易形成疏松。

一般通过对工件进行抛光，将表面的疏松层去除掉，再进行二次氧化，可以有效的改善产品外观以及提升工件抗腐蚀能力。

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