真空氮化熱處理是使用真空爐對鋼鐵零件進行整體加熱、充入少量氣體，在低壓狀態下產生活性氮原子滲入并向鋼中擴散而實現硬化的；而離子滲氮是靠暉光放電產生的活性N離子轟擊并只加熱鋼鐵零件表面，發生化學反應生成氮化物實現硬化的。
真空氮化熱處理后，滲層中的化合物層是ε單相組織，沒有其他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韌性好，分布也好。“白層”單相ε化合物層可達的硬度和材質成分有關。材質中含Cr量越高，硬度也呈增加趨勢。Cr13％時，硬度可達1200HV；含Cr18％（質量分數，余同）時，硬度可達1500HV；含Cr25％時，硬度可達1700HV。無脆性相的單相ε化合物層的抗磨性比氣體氮碳共滲組織的抗磨性高，抗摩擦燒傷、抗熱膠合、抗熔敷、抗熔損性能都很好。但該“白層”的存在對有些模具和零件也有不利之處，易使鍛模在鍛造初期引起龜裂，焊接修補時易生成針孔。真空氮化
熱處理還有一個優點，就是通過對送入爐內的含活化物質的復合氣體的種類和量的控制，可以得到沒有化合物層（白層），而只有擴散層的組織。其原因可能是在真空爐排氣至0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的，另一個原因是帶有活性物質的復合氣體在短時間內向鋼中擴散形成的組織。這種組織的優點是耐熱沖擊性、抗龜裂性能好。因而對實施高溫回火的熱作模具，如用高速鋼或4Cr4MoSiV（H13）鋼制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐熱沖擊性好、抗龜裂而又有韌性的綜合性能；但僅有擴散層組織時，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔損性能不夠好。由于模具或機械零件的服役條件和對性能的要求不一，在進行真空氮化熱處理時，需要調整表面層的組織和性能。除應用于工模具外，對增加齒輪和要求抗磨耐蝕的機械零件以及彈簧等的性能都有用。
