Glow plasma behaviour in nitriding process

Abstract

Spectroscopic and some other diagnoses were carried out for investigation of DC (Direct Current) glow plasma behavior in ion nitriding process. A nitrogen-10 percent hydrogen mixture gas was used. The specimen was an austenitic stainless steel (SUS304), settled as the cathode. Current, voltage and gas pressure were mainly changed as plasma parameters. The spectral intensities are influenced by these parameters. N2 and N2(+) exited state were strongly detected. The intensity ratio N2(+)/N2 depends on the gas pressure which was changed from 267 to 933 Pa. This dependence can be explained in terms of mean free path of particles. It was found that the ion nitriding process is largely controlled by ion density and cathode fall voltage. Also, the nitriding rate is the fastest at gas pressures from 533 Pa (4 torr) to 666 Pa (5 torr) which can be explained by taking into account the glow discharge behaviors.

イオン窒化プロセスにおけるDCグロープラズマ挙動を、分光法その他の診断法を用いて検討した。窒素-10％水素混合ガスを用いた。試験片にはオーステナイト系ステンレス鋼(SUS304)を用い、これを陰極とした。プラズマ・パラメータには、主として電流、電圧、ガス圧を取り上げた。スペクトル強度はこれらのパラメータの影響を受けた。N2およびN2(+)励起状態は明確に検出された。強度比N2(+)/N2は、267から933Pa間で、ガス圧に依存した。この圧力依存性は、粒子の平均自由行程によって説明可能である。イオン窒化プロセスは、イオン密度と陰極降下電圧に大きく支配されることが分かった。また、窒化速度は、533Pa(4トール)から666Pa(5トール)のガス圧において最も速くなったが、これは、グロー放電挙動を考慮に入れれば説明できる。