離子氮化是一種將工件置于氮化爐中的工藝，首先，爐內(nèi)需抽真空至10-2至10-3 Torr（毫米汞柱），然后導(dǎo)入氮?dú)饣虻獨(dú)馀c氫氣的混合氣體，調(diào)整壓力至1至10 Torr。工件和陽極分別連接陰極和電源，通過直流電壓產(chǎn)生正離子，當(dāng)陰極電壓下降時(shí)，正離子高速撞擊工件表面，引發(fā)能量轉(zhuǎn)換，使工件表面溫度升高。在此過程中，氮離子與工件表面的鐵、碳和氧元素結(jié)合形成氮化鐵，逐漸在工件上形成氮化層。若加入碳化氫氣體，可實(shí)現(xiàn)離子軟氮化，但通常統(tǒng)稱為離子氮化處理。

        工件表面的氮?dú)鉂舛瓤赏ㄟ^調(diào)節(jié)混合氣體（氮?dú)馀c氫氣）的分壓比進(jìn)行控制。在純離子氮化下，生成的單相r'(Fe4N)組織含有5.7%至6.1%的氮，薄層厚度不超過10微米，其結(jié)構(gòu)堅(jiān)韌且非多孔，不易脫落。氮化鐵不斷擴(kuò)散，使內(nèi)部組織呈現(xiàn)出FeN → Fe2N → Fe3N → Fe4N的順序變化。ε(Fe3N)含氮量為5.7%至11.0%，ε(Fe2N)含氮量稍高。若加入碳化氫，ε相化合物層會(huì)增加，對疲勞強(qiáng)度提升有積極作用，而ε相的腐蝕性也最佳。

       離子氮化處理的溫度從350℃開始，處理時(shí)間取決于材料性質(zhì)和所需的機(jī)械性能，可以從數(shù)分鐘到長時(shí)間不等。相比傳統(tǒng)的熱分解化學(xué)反應(yīng)法，利用高離子能量，離子氮化法能有效處理過去難以處理的材料，如不銹鋼、鈦和鈷，實(shí)現(xiàn)表面硬化處理。