Улучшаются условия труда термистов.

Нагрев изделий простой формы осуществляется непосред­ственно тлеющим разрядом. Газовая среда содержит инертные и активные газы, например смесь аргона, диссоциированного аммиака и пропана. Углерод доставляется к поверхности изделий посредством ее бомбардировки атомами и ионами углерода, обра­зовавшимися из молекул углеводородов в прикатодной области тлеющего разряда.

При цементации деталей сложного профиля (например, шесте­рен) возникают трудности с обеспечением равномерности слоя в связи с различным расстоянием участков насыщаемой поверх­ности от катода. В этом случае равномерность слоя может быть улучшена при предварительном подогреве изделий с помощью нагревательных элементов (графитовых).

Тлеющим разрядом называют один из видов газового разряда, в котором катод испускает электроны в результате бомбардировки положительными ионами и фотонами, образующимися в газе. Основными процессами при обработке в тлеющем разряде являются катодное распыление, т. е. удаление атомов с поверхности катода за счет бомбардировки его ионами газа, и диффузионное насыщение поверхностных слоев раз­личными элементами (К, С, В и др.).

Схема установки для ионной цементации показана на рис. 77. Установка предусматривает нагрев или только тлеющим разрядом, или при дополнительном подогреве изделий при помощи графитовых нагревателей. Сущность ионной цементации заключается в следующем. В разреженной насыщающей атмосфере (1,3—19,5-10² Па) между катодом (деталью) и анодом возбуждается тлеющий разряд и ионные газы, бомбардируя поверхность катода, нагревают ее до температуры насыщения. Науглероживание поверхности насыщения происходит путем ее бомбардировки ускоренными атомами (ионами) углерода, возникающими в прикатодной области тлеющего разряда. В качестве насыщающей атмосферы используются углеводороды — пропан, метан и др. в смеси с аргоном, диссоциированным аммиаком (Н₂ +N₂) или азотом. При использовании пропана С₃Н₈ протекает его распад по реакции

С₃Н₈ =Fе_g(С) + С₂Н₆ + Н_а. (151)

В дальнейшем возможен полный распад С₂Н₆ с образованием перво­начально СН₄, а затем углерода и водорода. Энергия разрыхления водородной связи в молекулах углеводородов состав­ляет ~4,5 эВ, энергия ионизации молекул углеводородов составляет 10 эВ, поэтому, в прикатодной области разряда, первоначально должен образоваться углерод, вследствие разрыва углево­дородных связей, после чего близ катода происходит ионизация части атомов угле­рода.

Количество углерода, поступающего к поверхности насыщения, регулируется количеством подаваемого углеводорода (пропана). Процесс ведут при 1000—1050 °С и при плотности тока на катоде ~ 100 А/м². Процесс насыщения складывается из двух стадий: 1) активного периода, когда содержание углерода на поверх­ности достигает 1,3—1,4 % за счет подачи в установку пропана; 2) диффузионного периода — выдержки без подачи в установку пропана. В этот период концентрация углерода на поверхности снижается до 0,8—0,9 % при одновременном увеличении толщины слоя. Достоинства ионной цементации по сравнению с обычной газовой следующие: сокращение длительности процесса в 2—3 раза за счет интенсификации реакции взаимодействия в газовой фазе и на поверхности насыщения; отсутствие внутреннего окисления цемен­тованного слоя и выделения сажи; резкое уменьшение расхода це­ментующего газа; простота управления процессом путем измене­ния электрических параметров тлеющего разряда и состава газовой среды; взрывобезопасность и улучшение условий работы термистов.