真空渗氮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离子轰击并仅加热钢铁零件表面，发生化学反应生成核化物实现硬化的。真空渗氛时，将真空炉排气至较高真空度0.133Pa后，将工件升至，530～560℃，同时送入氨气或复合气体，并对各种气体的送入量进行精确控制，炉压控制在0.667Pa，低压状态能加快工件表面的气体交换，活跃的N元素(或N，C)来自化学反应及氨气，保温3～5h后，用炉内惰性气体进行快速冷却。不同的材质，经此处理后可得到渗层深为20～80μm、硬度为600～1500HV的硬化层。真空渗氮有人称为真空排气式氮碳共渗，其特点是通过真空技术，使金属表面活性化和清净化。在加热、保温、冷却的整个热处理过程中，不纯的微量气体被排出，含活性物质的纯净复合气体被送入，使表面层相结构的调整和控制、质量的改善、效率的提高成为可能。经X射线衍射分析证实，真空渗氮处理后，渗层中的化合物层是ε单相组织，没有其他脆性存在，所以硬度高，韧性好，分布也好。“白层”单相ε化合物层可达到的硬度和材质成分有关。材质中含铬量越高，硬度也呈增加趋势。铬13%时，硬度可达到1200HV；含铬18%（质量分数，余同）时，硬度可达 1500HV；含铬25%时，硬度可达1700HV。
无脆性相的单相ε化合物层的耐磨性比气体氮碳共渗组织的耐磨性高，抗摩擦烧伤、抗热胶合、抗熔敷、抗熔损性能都很优异。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。真空渗氮还有一个优点，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，可以得到几乎没有化合物层（白层），而只有0.1-1mm扩散层的组织。其原因可能是在真空炉排气至 0.133Pa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、抗龟裂性能优异。因而对实施高温回火的热作模具，如用高速钢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，在进行表面热处理时，必需调整表面层的组织和性能。真空渗氮除应用于工模具外，对提高精密齿轮和要求耐磨耐蚀的机械零件以及弹簧等的性能都有明显效果，可接受处理的材质也比较广泛。
真空渗氮工艺指向真空炉中通入氨气，可对工件进行真空渗氮，其方式类似于脉冲式真空渗碳，即工件装人真空炉后开始抽气，当真空度达到设定值后，炉子通电升温，同时抽真空，以保持炉子的真空度。炉温达到渗氮温度时，保温一段时间，其作用是净化工件表面和透烧。其后停止抽真空并向炉内通人渗氮气体，使炉压升高至一定值，保持一段时间，之后再抽真空并保持段时间，再通入渗氮气体; 如此，反复进行多次，直到渗氮层深达到要求为止。在此全过程中炉温保持不变。对38CrMoAI、3Cr2W8V 钢制试件进行了真空渗氮。试件装炉后首先将炉子抽真空至1.33Pa,升温至530℃或550℃渗氮温度，保温30min,以净化试件表面和透烧。之后关闭真空泵并向炉子内通人氨气，压力达0.4~0.6MPa,保持段时间，再抽真空至1.33Pa；此后交替进行“通氨-抽真空”，直至渗氮层深度达到要求，再炉冷至300℃出炉。
1：真空渗碳技术，其优点非常突出，代表了热处理渗碳技术发展的新方向，。传统气氛渗碳最大的问题就是无法解决内氧化问题，很难实现盲孔渗碳；而真空渗碳，恰恰完美解决了上述这两个难点，同时配合使用氦气淬火代替传统的油淬，进一步减少了工件形变，工件尺寸稳定性好。
2：真空渗碳的优点很突出，然而其缺点也很明显。首先实现真空渗碳的真空炉非常昂贵，采用的气体包括氮气、高纯乙炔、氢气、氦气等等，运行成本也不低，因此真空渗碳的投资和运行资金门槛都很高；其次真空渗碳的工艺流程相对气氛渗碳更复杂，运用的气氛也复杂，工艺要求的精度也高，因此在运行过程中对技术人员和操作人员的安全意识、专业知识、综合管理能力等要求都非常高。目前在国内，只有在资金、管理、技术上都非常有竞争力的企业，才会采用真空渗碳技术，典型的应用如汽车零部件行业，代表性的产品是发动机油嘴和变速箱轴承等。