1978年美国学者就离子渗碳和真空渗碳通过试验和模型计算，指出前者的渗碳速度比后者大得多，之后不少研究都证实了这一点；1986年，美国、欧洲、日本做了大量研究开发工作，奠定了实用化基础。最初采用的渗碳气体为CH₄，但是渗碳气体对气体分压和外加电压的变化很敏感，碳势和内压控制要求精度较高，给操作和质量控制造成困难，更换为C₃H₈后，碳的离子化更容易，即便炉内压力或排气速度有波动，碳的扩散也能稳定进行。

在渗碳时，工件和炉壳间施加电场，以工件作为阴极。在一定温度和电压下，于工件表面发生辉光等离子放电，具有一定动能的碳和惰性气体离子轰击表面。一方面由于离子的轰击溅射使表面净化；另一方面活性炭原子与铁原子化合或向内层扩散。低压离子渗碳能促使甲烷和丙烷完全分解，提高炉气的碳传输率，从而进一步提高渗速。

由离子渗碳炉炉体（见图）、真空系统、水冷系统、液压系统、供气系统、电控系统等六部分组成。

图1 炉体结构示意图

图2为20CrMnTi齿轮离子渗碳典型工艺。抽真空15分钟→加热30分钟→保温净化120分钟→离子渗碳60分钟→扩散120分钟→炉冷15分钟→油淬。

图2 20CrMniT齿轮离子渗碳工艺

离子渗碳特点：①可在较低的温度下进行扩渗，并且有较快的沉积速率。例如等离子渗碳是通过增加碳的扩散速度来缩短渗碳时间，而不是仅仅依靠提高处理温度，这样不仅提高了生产效率，也减少了工件畸变；②辉光放电可形成高的碳浓度梯度，而不产生炭黑，并在每个特定的工件表面温度下，都能促进碳元素的快速扩散；③节约能源、气源，无公害。