不銹鋼(gang)氮碳共滲的(de)主要(yao)目(mu)的(de)是提高工件的(de)表(biao)面硬度、耐磨性(xing)能(neng)和耐疲勞(lao)性(xing)能(neng)（對于非不銹鋼(gang)還有耐腐(fu)蝕性(xing)能(neng)）。

1. 氮碳共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)是(shi)同時向工(gong)(gong)件表面(mian)滲(shen)(shen)入氮(dan)(dan)(dan)和碳(tan)(tan)(tan)。工(gong)(gong)件經氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)后，表面(mian)獲(huo)得(de)共(gong)滲(shen)(shen)組織(zhi)。因(yin)為(wei)處理溫(wen)度(du)較低（一般(ban)低于(yu)600℃),在(zai)(zai)(zai)這個溫(wen)度(du)范(fan)圍，氮(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)α相中的(de)(de)固溶量(liang)(liang)遠高于(yu)碳(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)(zai)α相中的(de)(de)固溶量(liang)(liang)，且氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)速(su)度(du)快(kuai)于(yu)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)速(su)度(du)，所以，在(zai)(zai)(zai)工(gong)(gong)件表面(mian)層，即化(hua)合(he)(he)物(wu)層的(de)(de)組織(zhi)是(shi)ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合(he)(he)組織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)(tan)約1%.在(zai)(zai)(zai)表面(mian)層內部(bu)即擴(kuo)散(san)(san)層組織(zhi)基本是(shi)ε相（Fe2~3N)和y相（Fe4N),氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)含(han)量(liang)(liang)減(jian)少。不銹鋼的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)組織(zhi)中還(huan)含(han)有鉻、鉬等合(he)(he)金(jin)元素的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)。在(zai)(zai)(zai)共(gong)滲(shen)(shen)溫(wen)度(du)，因(yin)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)很(hen)慢，其只能以碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)（如Fe3C)的(de)(de)形式存在(zai)(zai)(zai)于(yu)化(hua)合(he)(he)物(wu)層中。

由于合金元素的影響，與碳(tan)(tan)鋼相(xiang)比，在相(xiang)同條(tiao)件下不銹鋼氮碳(tan)(tan)共滲層(ceng)硬度更(geng)高，但滲層(ceng)深(shen)度淺，硬度變化梯度大，見圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是(shi)ZGCr28的氮碳(tan)(tan)共滲組(zu)織(zhi)圖(tu)。

2. 氣(qi)體氮碳共(gong)滲

 氣(qi)體氮(dan)碳(tan)共滲就(jiu)是把(ba)工件放在(zai)含有可分解(jie)成(cheng)氮(dan)原子(zi)和碳(tan)原子(zi)氣(qi)氛的密閉設備中，在(zai)一定(ding)的壓力和溫(wen)度(du)條件下完成(cheng)氮(dan)碳(tan)共滲的處理方法。

 氣(qi)體氮碳(tan)共(gong)滲的介質常見(jian)有以(yi)下幾種:

  a. 混合氣體(ti)

    即氨(an)氣(qi)中加入吸熱式氣(qi)氛或放熱式氣(qi)氛進行共(gong)滲。

   其中(zhong)，吸熱式氣(qi)氛（RX)由乙醇、丙(bing)醇等裂解，或(huo)由烴(jing)類氣(qi)體制備(bei)而成。吸熱式氣(qi)氛（RX)的成分控(kong)制為(wei)：H2為(wei)32%~40%,CO為(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控(kong)制氣(qi)氛露點±0℃時，即可獲得較理想(xiang)的共滲結果。

  氨氣(qi)(qi)(qi)中加入(ru)放(fang)熱(re)(re)性氣(qi)(qi)(qi)氛（NX)進行(xing)氮碳共滲(shen)時，放(fang)熱(re)(re)式氣(qi)(qi)(qi)氛成(cheng)分控(kong)制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余(yu)為N20控(kong)制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于(yu)放(fang)熱(re)(re)式氣(qi)(qi)(qi)氛中CO含(han)量較低，在(zai)與氨氣(qi)(qi)(qi)混合進行(xing)共滲(shen)時，排出廢氣(qi)(qi)(qi)中的(de)有毒(du)物質較低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以上溫度熱解(jie)，分解(jie)成活性氮原子和碳原子滲入工件表面。

  c. 滴(di)注式氣體共(gong)滲(shen)

   即將甲(jia)酰胺、乙(yi)(yi)酰胺、三乙(yi)(yi)醇(chun)胺、尿素、甲(jia)醇(chun)、乙(yi)(yi)醇(chun)等以不同比例配制成滴注(zhu)劑。滴入密封爐內，在一定(ding)的溫度條件下得到活性(xing)氮原子(zi)和碳(tan)原子(zi)滲(shen)入工(gong)件表面，完成氮碳(tan)共滲(shen)過程。

  氣體氨碳共(gong)滲(shen)的(de)滲(shen)層深度及表面硬度與共(gong)滲(shen)溫度、共(gong)滲(shen)時間都有一定的(de)關系。這些因素影響(xiang)的(de)一般規(gui)律如(ru)下。

  共(gong)滲(shen)溫度(du)的影響：一般氣體(ti)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)溫度(du)在540~580℃,隨(sui)共(gong)滲(shen)溫度(du)升(sheng)高(gao)，滲(shen)層深度(du)增加，表面(mian)硬(ying)度(du)先(xian)隨(sui)溫度(du)升(sheng)高(gao)而增高(gao)，在570℃左右時硬(ying)度(du)最高(gao)，然后溫度(du)再升(sheng)高(gao)，硬(ying)度(du)呈下降趨勢。

  共(gong)滲時間的(de)影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共(gong)滲時，隨著時間的(de)延(yan)長，共(gong)滲層深(shen)度(du)、表面硬度(du)均呈(cheng)增加的(de)趨(qu)勢。

  氣體氮碳共滲工件可以空冷、油(you)冷或水(shui)冷。冷卻(que)速(su)度(du)越快(kuai)，變(bian)形越大，但表面硬度(du)和抗疲勞強度(du)越高。

3. 液(ye)體(ti)氮碳共(gong)滲

液體氮(dan)碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲也稱鹽浴氮(dan)碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲，即在含有活性氮(dan)原子和活性碳(tan)(tan)(tan)原子的(de)熔鹽液中完成氮(dan)和碳(tan)(tan)(tan)滲入工件表面(mian)的(de)過(guo)程。

早期的(de)液體氨碳共滲用(yong)鹽(yan)主(zhu)要是含有NaCN和KCN的(de)氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化(hua)(hua)(hua)后經過氧化(hua)(hua)(hua)產生額酸鹽(yan)，再由(you)氛酸鹽(yan)氧化(hua)(hua)(hua)或分解獲取活(huo)性氮原(yuan)子［N]和活(huo)性碳原(yuan)子［C]。

主要的化(hua)學(xue)反應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也是由上述反應獲取的［N]和(he)［C]滲(shen)人工件表面，從而完成氮碳共滲(shen)過程。

生產中用氰酸根(gen)CNO-的濃(nong)度評定鹽浴活度，通(tong)過控(kong)制CNO-的含量來控(kong)制氮碳共滲(shen)層的質(zhi)量。

氰(qing)鹽鹽浴穩定(ding)性好，流動性也(ye)好，共滲質量穩定(ding)、效果好，但其(qi)毒性大，現已(yi)很少使用。

還(huan)有一種以尿素和碳酸鹽為(wei)主(zhu)要原材料的混合(he)鹽，加(jia)熱后產生化(hua)學反應生成氰酸鹽：

2 (NH₂)₂CO+Na₂CO₃=2NaCNO+2NH₃↑ +H₂O+CO₂↑

再(zai)由(you)氰(qing)酸鹽氧化和分(fen)解獲(huo)取活(huo)性(xing)氮原(yuan)子(zi)和活(huo)性(xing)碳原(yuan)子(zi)：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這(zhe)種混合鹽(yan)熔化時(shi)損(sun)耗大，污染嚴重，反應生(sheng)成物(wu)中(zhong)含有氰(qing)化物(wu)，有較大的毒性，而且(qie)，鹽(yan)浴穩定性差，鹽(yan)浴成分調整困難，已經逐漸減(jian)少(shao)使用。

目(mu)前比(bi)較常用的(de)鹽是由(you)專業廠生產的(de)成品鹽，經加熱熔化后直接使用。

成品鹽分兩種，一種是基鹽，主要成分為含40%左右前CNO^-;17%左右的CO^2-₃,其余為堿金屬離子K+或Na+.基鹽是用于第一次熔化或鹽浴耗損后補充用的。另一種是調整鹽，調整法用于調整鹽浴使用，當CNO^-降低至工藝要求后，來提高CNO^-濃度的。

無論使用的是(shi)哪類鹽，最(zui)終都是(shi)依(yi)靠(kao)氰酸(suan)鹽的氧化、分解(jie)來獲取活性氮原子和活性碳(tan)原子，即有如下(xia)的基(ji)本反應

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活性氮原子［N]和(he)活性碳原子［C]被(bei)工件表面吸收并向內擴散，完成(cheng)氮碳共滲過程。

液體氮碳(tan)共滲生(sheng)產過程中的(de)安(an)全(quan)問題是(shi)一個(ge)需(xu)特殊說明的(de)問題。

液體(ti)氮碳共滲生產中(zhong)，除(chu)注意(yi)熱處理生產的(de)常規(gui)安(an)全規(gui)定外，還應(ying)特別注意(yi)以下各環節中(zhong)可能(neng)產生的(de)安(an)全、環保問題。

 ①. 鹽(yan)浴的熔化(hua)和(he)調(diao)整

  氮碳共滲鹽浴熔化(hua)和調整時，應注意防止熔鹽的(de)迸濺，特別(bie)是(shi)初次使(shi)用的(de)熔鹽或凝(ning)固后重新開爐時，由于表面(mian)結殼，內部(bu)熔鹽突噴造成的(de)傷害。

  鹽(yan)熔化(hua)時會產(chan)生廢氣，應抽風排出(chu)室外高(gao)空中。

 ②. 用氧(yang)化鹽浴冷卻(que)

  共滲(shen)鹽(yan)浴溫(wen)度(du)高，氧(yang)(yang)化(hua)鹽(yan)浴溫(wen)度(du)低(di)，在工件從共滲(shen)爐(lu)出爐(lu)入(ru)氧(yang)(yang)化(hua)鹽(yan)浴爐(lu)冷卻時，要注意預冷，防止氧(yang)(yang)化(hua)鹽(yan)浴的進濺和逸出。

 ③. 清洗用水的處理(li)

 氮碳共滲用原料是無毒的，但在鹽浴熔化、使用中，會因化學反應生成有毒物CN,在工件清洗時帶入水中。為減少或清除水中的CN-,可用含有次氯酸鈉（NaOCI)的制劑或用硫酸亞鐵（FeSO₄)與工業漂白粉［Ca（OCl)₂·4H₂O]來中和分解CN,保證水中的CN^-降至最低。

 液(ye)體氨碳(tan)共滲(shen)滲(shen)層質量(liang)常見的缺陷及(ji)預(yu)防措施見表7-9。不(bu)銹鋼液(ye)體氨碳(tan)共滲(shen)工藝及(ji)效果見表7-10。