离子氮化过程的控制通常基于工件的温度、气体混合物的成分、气体压力、氮化时间、气体流速、等离子体频率和占空比。还已知等离子体密度可能对氮化层的厚度有影响，特别是在表面形成的化合物区【1-6】。然而，等离子体参数（如功率或电流密度）不能被视为在商业负载的常规处理过程中容易控制的值。公布的结果是基于实验室而不是工业价值。关于这一主题的文献相当有限和模糊。A. Marciniak研究了冷壁系统和0.61至1.16 W/cm范围内的功率密度的影响2Nit135M和3%Cr钢的渗层深度和复合区厚度，并得出对渗氮结果没有影响的结论。J. Conybear和B. Edenhofer在热壁系统中以0.23至0.87 W/cm的功率密度测试了相同的问题2表明较高的功率密度增加了包括4140在内的几种钢中复合区的厚度。他们没有详细说明病例深度，但提到没有影响【6】。
显然，在工业应用中，功率密度因系统而异，取决于负载大小、密度、配置以及渗氮模式。然而，在没有辅助加热的系统（所谓的冷壁容器）中，通过使用阴极屏蔽关闭模式和阴极屏蔽打开模式，可以将功率密度控制在非常有限的范围内。
可以预期，热量如何传递到阴极可能在与阴极反应的活性氮香料的形成中起作用。热平衡可以用以下方式表示:
活性氮物种如氮的形成2+，NxHy+离子、活性氮原子以及NH3分子受辉光放电的影响，取决于它的密度。此外，仅从等离子体直接传递到阴极的热量，G发出暗淡的光当增加来自屏蔽的显著辐射时，大于等离子体传递的热量。因此，阴极上较大的辉光放电强度可增加活性氮物质的量，从而导致较厚的化合物区/扩散区。配备阴极屏蔽的冷壁系统中的典型加热和氮化如图1-2所示。
我们研究的主要目的是测试功率密度在这两种模式下对渗氮结果的影响:
1）在工业规模的离子氮化炉中，阴极屏蔽与底座一起关闭。
2）阴极保护罩与底座在同一熔炉中。
实验的
实验在499°C（930°F）和460°C（860°F）的恒温、20%的氮气和80%的氢气、3.46毫巴（2600微米）的压力和48小时的氮化时间下进行。斜坡细节是相同的，并且以7.143 kHz的频率进行处理。第一次实验是在“仅基座”模式下进行的，第二次实验是在“基座和屏蔽”模式下进行的。
用于实验的样品是实际生产的曲轴（“前端”）的一部分，该曲轴由调质的TMS 80微合金钢制成。两个样品在每次循环前都进行喷砂处理。每个样品都有一个深度相同的30.8 mm热电偶孔，如图3所示。