一定溫度下，與爐氣相平衡固相中的氮活度正比于P_NH3/P_H23/2，我們把比值P_NH3/P_H23/2定義為氮?jiǎng)菁碖N。它反映了在一定溫度下滲氮零件表面與氣氛的界面上，活性氮原子的濃度和氣氛中的氨分壓成正比，而和氫分壓的3/2次方成反比。故在生產(chǎn)中將氮?jiǎng)葑鳛楹蠳H3氣體的滲氮能力的度量。

對(duì)于純氨氣氛，由氮?jiǎng)莸挠?jì)算公式KN=(1-V)/(3/4V)3/2=(1-4/3P_H2)/P_H23/2可知無(wú)論是用氣泡瓶測(cè)量分解率或氫探頭測(cè)量氫含量均可以很方便地準(zhǔn)確計(jì)算氮?jiǎng)荨?/span>

對(duì)于軟氮化氣氛，近十幾年先后發(fā)展了許多方法，常見(jiàn)軟氮化氣氛類型如下：

1、吸熱型氣體+NH3

2、放熱型氣體+NH3

3、直接滴醇+NH3

4、CO2+NH3

5、CO+NH3

由于軟氮化氣氛中滲碳?xì)夥盏亩鄻有?，?dǎo)致對(duì)軟氮化的氮?jiǎng)荻?，目前只有通用公式KN=P_NH3/P_H23/2可參考，并無(wú)其它計(jì)算公式可借鑒。這就導(dǎo)致在軟氮化生產(chǎn)過(guò)程中經(jīng)常有如下做法：

一、 只控制分解率來(lái)控制氮化過(guò)程：

這種做法存在兩個(gè)方面的問(wèn)題：，對(duì)軟氮化，認(rèn)為控制分解率即控制殘余氨含量，即達(dá)到控制氮?jiǎng)莸哪康?。這是絕大多數(shù)人都存在的誤區(qū)，以CO2+NH3的軟氮化為例，經(jīng)反應(yīng)氣氛中主要由NH3、H2、N2、CO2、CO和H2O等組成。這時(shí)用氣泡瓶測(cè)的分解率=100%-(P_NH3+P_CO2+P_H2O），即對(duì)軟氮化而言，溶于水的并非只有NH3，還包含CO2（溶于氨水）和H2O等。這時(shí)用氣泡瓶測(cè)出的分解率并不能推出殘余氨含量，并且CO2的加入比例越大，兩者的測(cè)量誤差越大。第二，對(duì)軟氮化依舊思維定勢(shì)地認(rèn)為分解率越高，氮?jiǎng)菰降?。以CO2+N2+NH3的氮基氣氛軟氮化為例，由于N2的加入用氣泡瓶測(cè)量分解率時(shí)，分解率是提高的，故認(rèn)為N2的加入會(huì)降低氮?jiǎng)荨５蒏N=P_NH3/P_H23/2的計(jì)算公式可知，一定量的N2加入實(shí)際會(huì)提高氣氛的氮?jiǎng)荨?/span>

二、用氫探頭測(cè)量的氫含量間接換算氮?jiǎng)荩?/span>

由于軟氮化同時(shí)存在滲氮和滲碳兩種氣氛，爐內(nèi)將發(fā)生復(fù)雜的反應(yīng)過(guò)程。故為了便于計(jì)算氮?jiǎng)?，常?jiàn)的做法一般有以下幾種：直接按照硬氮化的計(jì)算公式算氮?jiǎng)?；?dāng)滲碳?xì)夥债?dāng)作定量不反應(yīng)處理；對(duì)于滲碳反應(yīng)會(huì)預(yù)先假設(shè)一定的反應(yīng)率，導(dǎo)出軟氮化的近似計(jì)算公式。由于以上三種方法都是做近似處理，故計(jì)算的氮?jiǎng)菥c實(shí)際氮?jiǎng)萦衅睢?/span>

三、同時(shí)用氣泡瓶測(cè)量的氨含量和氫探頭測(cè)量的氫含量的結(jié)果計(jì)算氮?jiǎng)荩?/span>

同時(shí)用氨分壓和氫分壓的結(jié)果來(lái)實(shí)現(xiàn)軟氮化氮?jiǎng)莸臏y(cè)量，這在理論上是沒(méi)有問(wèn)題的，而且也是GB/T 18177-2008《鋼件的氣體滲氮》中明確要求必須這樣做的。但錯(cuò)就錯(cuò)在在軟氮化氣氛中依舊認(rèn)為可以用氣泡瓶測(cè)量氨分壓，這種錯(cuò)誤的認(rèn)知已在條有了明確的闡述。

以上問(wèn)題產(chǎn)生的根源是：由于NH3的強(qiáng)腐蝕性，目前市場(chǎng)上找不到一款可以在線、穩(wěn)定地測(cè)量氨含量的傳感器，從而使得軟氮化的氮?jiǎng)轀y(cè)量變得困難。

由武漢華敏研制的激光氮?jiǎng)輦鞲衅?，使用TDLAS激光分析技術(shù)和高精度MEMS熱導(dǎo)傳感器，同時(shí)對(duì)尾氣中氨含量和氫含量進(jìn)行精確的測(cè)量，從而計(jì)算爐內(nèi)的實(shí)時(shí)氮?jiǎng)荨?/span> 

TDLAS激光氨分析技術(shù)可以使發(fā)出的激光波長(zhǎng)被調(diào)制精準(zhǔn)到特定氣體（NH3）的吸收線，能確保所發(fā)的單色激光只被特定氣體有選擇地吸收而其它氣體無(wú)吸收，所以測(cè)量過(guò)程中沒(méi)有其它氣體交叉干擾。并且被測(cè)氣體不與傳感器接觸，故能適應(yīng)高溫、強(qiáng)腐蝕性和高流速的被測(cè)氣體環(huán)境。由于激光光譜的寬度遠(yuǎn)小于氣體吸收譜線的展寬，使得測(cè)量更有針對(duì)性，故測(cè)量精度更高。

高精度MEMS熱導(dǎo)傳感器是近年來(lái)迅猛發(fā)展的一種微觀結(jié)構(gòu)熱導(dǎo)池傳感器，實(shí)現(xiàn)了微電子與精密機(jī)械結(jié)本的一體化，具有測(cè)量精度高、靈敏度高、漂移小等優(yōu)點(diǎn)，可精確測(cè)量氣氛的熱導(dǎo)率，從而精確計(jì)算氫含量。

激光氮?jiǎng)輦鞲衅鞒耸管浀牡獎(jiǎng)轀y(cè)量變得更精確以外，對(duì)軟氮化工藝的拓展是其大的核心優(yōu)勢(shì)所在。以CO2+N2+NH3的氮基氣氛軟氮化為例，由于軟氮化氮?jiǎng)萦?jì)算的局限性，導(dǎo)致氮基軟氮化氣氛工藝只能全程以恒定的比例通入工藝氣體，才能盡量減少氮?jiǎng)莸挠?jì)算誤差。這不僅對(duì)質(zhì)量流量計(jì)的精度提出了極高的要求，而且對(duì)軟氮化的工藝也是極大的限制。激光氮?jiǎng)輦鞲衅鞯氖褂茫沟密浀^(guò)程各工藝氣體流量任意做出改變而并不影響氮?jiǎng)莸臏y(cè)量，使得軟氮化工藝的靈活性大大地提升。

激光氮?jiǎng)輦鞲衅魇沟密浀獎(jiǎng)轀y(cè)量變得可以實(shí)現(xiàn)，是氣體氮化領(lǐng)域的一次革新應(yīng)用。并且不受軟氮化氣氛種類的影響，適用范圍極廣，而且也無(wú)需考慮軟氮化過(guò)程中的復(fù)雜化學(xué)反應(yīng)過(guò)程，是一款真正可實(shí)現(xiàn)氮?jiǎng)葜苯訙y(cè)量的傳感器。