真空氮化熱處理是使用真空爐對鋼鐵零件進(jìn)行整體加熱、充入少量氣體，在低壓狀態(tài)下產(chǎn)生活性氮原子滲入并向鋼中擴(kuò)散而實現(xiàn)硬化的；而離子滲氮是靠暉光放電產(chǎn)生的活性N離子轟擊并只加熱鋼鐵零件表面，發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成氮化物實現(xiàn)硬化的。
真空氮化熱處理后，滲層中的化合物層是ε單相組織，沒有其他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韌性好，分布也好。“白層”單相ε化合物層可達(dá)的硬度和材質(zhì)成分有關(guān)。材質(zhì)中含Cr量越高，硬度也呈增加趨勢。Cr13％時，硬度可達(dá)1200HV；含Cr18％（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，余同）時，硬度可達(dá)1500HV；含Cr25％時，硬度可達(dá)1700HV。無脆性相的單相ε化合物層的抗磨性比氣體氮碳共滲組織的抗磨性高，抗摩擦燒傷、抗熱膠合、抗熔敷、抗熔損性能都很好。但該“白層”的存在對有些模具和零件也有不利之處，易使鍛模在鍛造初期引起龜裂，焊接修補(bǔ)時易生成針孔。真空氮化
熱處理還有一個優(yōu)點，就是通過對送入爐內(nèi)的含活化物質(zhì)的復(fù)合氣體的種類和量的控制，可以得到?jīng)]有化合物層（白層），而只有擴(kuò)散層的組織。其原因可能是在真空爐排氣至0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的，另一個原因是帶有活性物質(zhì)的復(fù)合氣體在短時間內(nèi)向鋼中擴(kuò)散形成的組織。這種組織的優(yōu)點是耐熱沖擊性、抗龜裂性能好。因而對實施高溫回火的熱作模具，如用高速鋼或4Cr4MoSiV（H13）鋼制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐熱沖擊性好、抗龜裂而又有韌性的綜合性能；但僅有擴(kuò)散層組織時，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔損性能不夠好。由于模具或機(jī)械零件的服役條件和對性能的要求不一，在進(jìn)行真空氮化熱處理時，需要調(diào)整表面層的組織和性能。除應(yīng)用于工模具外，對增加齒輪和要求抗磨耐蝕的機(jī)械零件以及彈簧等的性能都有用。
