渗氮工艺由于其硬度高、变形小等优势正越来越多地应用于硬齿面齿轮的表面处理，如美国费城齿轮公司的硬齿面齿轮中有 40%以上采用渗氮工艺，德国、法国、日本、英国和前苏联也在重要的齿轮上大量地采用渗氮处理工艺，如轧钢机、柴油机、卷扬机和汽车齿轮，昀大直径已达4m。
我国是离子渗氮工艺研究应用昀早的国家之一，齿轮渗氮工艺在国内也取得了成功应用，其应用的工业领域包括：钢铁、化工、机床、汽车和能源等，特别是在一些高速、重载、精密齿轮上的应用。近年来，由于行星传动具有体积小、质量小、结构紧凑和传动效率高等特点，正越来越多地被应用，其中一般都有内齿圈，还有新型清洁能源产业风电中的偏航齿圈等都需要渗氮热处理。其他的处理工艺方法很难满足内齿圈对变形的要求。蜗杆的表面硬化已普遍首选渗氮工艺。特别是齿轮深层渗氮工艺可以在一定范围替代渗碳淬火工艺而省掉磨齿的工序，节约制造成本与工期。随着经济的发展，齿轮渗氮工艺的工业应用具有很大的发展潜力。
早期进行的渗氮工艺由于渗层浅、心部硬度低，齿面承载能力不高，在实际应用中受到一定的限制。特别是受 “蛋壳效应”观念的影响，对渗氮在齿轮中的应用都比较保守，如国外某机构规定产品设计中渗氮齿轮的接触疲劳极限和弯曲疲劳极限分别取渗碳淬火齿轮的70%和75%。因此，如何进一步提高渗氮齿轮的承载能力就成为了相关工程技术人员努力的方向。
通过大量的试验研究可知，决定硬齿面齿轮承载能力的关键是硬化层过渡区所受的正交剪切应力与显微硬度之比，其大小又取决于载荷、齿面曲率半径、硬化层深度、心部硬度及过渡区的残余应力等。为防止齿轮的接触疲劳失效，必须使从齿面到心部任何一处均应满足相关的条件。因而增加有效硬化层深，改善过渡区硬度梯度的分布可有效地增加齿轮的疲劳强度。文献中接触疲劳试验表明，在其试验条件下，心部硬度由240～260HBW提高到310～330HBW，可提高接触疲劳强度约30% ；渗层厚度由0.5mm增加至0.8～1.0mm，可提高接触疲劳强度约 25%；表面以γ′相为主的化合物层比ε+γ′双相层能提高接触疲劳强度近40%。因此采用中硬调质+韧性深层渗氮是提高渗氮齿轮承载能力的重要途径。
近十几年来，随着相关技术的发展，离子渗氮设备有了很大的发展，新的技术和元器件不断被采用，炉体趋向于低能耗、多功能。脉冲电源的市场推广应用也取得了很大的成效，自动化控制水平不断提高，使齿轮渗氮工艺的实施有了坚实的设备保障。本文论述了离子深层渗氮工艺的技术要点，并通过一个设备开发的实例介绍了设备特点及应用效果。
一、深层可控离子渗氮的选材及工艺
在齿轮上采用深层渗氮工艺，国内外对此都进行了探索与研究。早期成功运用的实例有：美国费城齿轮公司，进行深度达1mm的气体渗氮，工艺周期要150h，而后磨掉表面的白亮层；国内郑州机械研究所对深层离子渗氮工艺进行了开发研究，仅用60～70h可使渗氮层深度达0.8～1.2mm，表面获γ′单相组织，不需磨掉白亮层加工，并取得了国家专利。国内学者对深层快速渗氮的工艺、组织和机理等方面也开展了深入广泛的研究，进行了循环变温离子渗氮、热循环离子渗氮、增压渗氮、低压脉冲渗氮、稀土催渗、形变促渗和高温渗氮等工艺试验，加上对渗氮齿轮承载能力、力学性能的研究试验，促进了深层渗氮工艺在齿轮上的应用。
