齿轮传动是现代各种设备中应用最广泛的一种机械传动方式，因为离子氮化硬度高、变形小的优势，离子氮化处理成为常见的齿轮类零件的表面处理方法。
常见用于离子氮化的齿轮材质有40Cr、42CrMo、31CrMoV9、38CrMoAl等，其中40Cr和42CrMo在离子氮化后硬度可以达到HV-HV，31CrMoV9在氮化后可以达到-HV，而38CrMoAl在氮化后硬度可以达到-HV。
常见的齿轮热处理过程：锻造—调质（或正火）—粗加工—去应力—精加工—磨齿—离子氮化—装配。
在这个过程中有以下几点需要注意：
01变形问题
为减小渗氮过程的变形量，需要在设定渗氮温度之前了解齿轮在渗氮前的预热处理过程，渗氮温度必须比调质的回火温度低50℃，这样可以保证获得较小的变形。同时，对于精度要求高的零件，通常在粗加工与精加工之间再增加一步半精加工与去应力的过程，以达到释放机加工应力，控制变形量的目的。
02预热处理
对于最终表面处理是离子氮化的齿轮而言，一般使用调质工艺作为基体的热处理工艺，原因是调质形成的索氏体组织能够为渗氮层提供更大的支撑，相对于正火齿轮能够承受更大的冲击磨损。
03渗氮层厚度
根据齿轮的工作环境不同，一般要求获得的渗氮层深度也不同。一般齿轮的渗氮层要求为0.15-0.3mm，但对于冲击载荷特别小，但对于变形量、韧性要求高，或者齿轮本身壁厚很薄的情况，渗氮层可能会在0.1mm以下，如机器人领域用到的齿轮；对于冲击载荷较大，大模数齿轮而言，渗氮层可以达到0.5-0.8mm。
04离子氮化工艺
在离子氮化工艺方面，齿轮类产品需要特别注意的是齿根与齿顶的渗氮层均匀性，尤其是模数较小的齿轮。影响齿根与齿顶渗氮层均匀性的主要参数依次是气体压力、渗氮气氛、电压。
05装卡
齿轮类产品在离子氮化过程中的装卡方面比较简单，在保证工作面可以正常渗氮的前提下，摞放装卡即可。对于模数较大的风电类齿圈渗氮需要在齿圈内加设辅助阳极。
06特殊要求
结合齿轮的具体工况，有时会对离子氮化过程有其他特殊要求，比如耐腐蚀性、化合物层厚度等，这些都可以通过调整工艺参数或者增加后氧化过程来实现。