真空氮化热处理是使用真空炉对钢铁零件进行整体加热、充入少量气体，在低压状态下产生活性氮原子渗入并向钢中扩散而实现硬化的；而离子渗氮是靠晖光放电产生的活性N离子轰击并只加热钢铁零件表面，发生化学反应生成氮化物实现硬化的。
          真空氮化热处理后，渗层中的化合物层是ε单相组织，没有其他脆性相（如Fe3C、Fe3O4）存在，所以硬度高，韧性好，分布也好。“白层”单相ε化合物层可达的硬度和材质成分有关。材质中含Cr量越高，硬度也呈增加趋势。Cr13％时，硬度可达1200HV；含Cr18％（质量分数，余同）时，硬度可达1500HV；含Cr25％时，硬度可达1700HV。无脆性相的单相ε化合物层的抗磨性比气体氮碳共渗组织的抗磨性高，抗摩擦烧伤、抗热胶合、抗熔敷、抗熔损性能都很好。但该“白层”的存在对有些模具和零件也有不利之处，易使锻模在锻造初期引起龟裂，焊接修补时易生成针孔。真空氮化热处理还有一个优点，就是通过对送入炉内的含活化物质的复合气体的种类和量的控制，可以得到没有化合物层（白层），而只有扩散层的组织。其原因可能是在真空炉排气至0.l33Pa（1×10-3Torr）后形成的，另一个原因是带有活性物质的复合气体在短时间内向钢中扩散形成的组织。这种组织的优点是耐热冲击性、抗龟裂性能好。因而对实施高温回火的热作模具，如用高速钢或4Cr4MoSiV（H13）钢制模具可以得到表面硬度高、耐磨性好、耐热冲击性好、抗龟裂而又有韧性的综合性能；但仅有扩散层组织时，模具的抗咬合性、耐熔敷、熔损性能不够好。由于模具或机械零件的服役条件和对性能的要求不一，在进行真空氮化热处理时，需要调整表面层的组织和性能。除应用于工模具外，对增加齿轮和要求抗磨耐蚀的机械零件以及弹簧等的性能都有用。