不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)氮碳共(gong)滲(shen)的主要目的是提高工件的表面(mian)硬度(du)、耐(nai)磨性(xing)能和耐(nai)疲勞性(xing)能（對(dui)于非(fei)不(bu)銹(xiu)(xiu)鋼(gang)(gang)還(huan)有耐(nai)腐蝕性(xing)能）。

1. 氮碳共滲層(ceng)的(de)組織

 氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲是(shi)同時向工件表(biao)面滲入氮(dan)(dan)(dan)和(he)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。工件經氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲后(hou)，表(biao)面獲得(de)共(gong)(gong)滲組(zu)(zu)(zu)織(zhi)。因為處理(li)溫(wen)(wen)度(du)較低(di)（一般低(di)于(yu)(yu)(yu)600℃),在(zai)這個(ge)溫(wen)(wen)度(du)范圍，氮(dan)(dan)(dan)在(zai)α相(xiang)中的(de)(de)固(gu)溶(rong)量(liang)遠高于(yu)(yu)(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)α相(xiang)中的(de)(de)固(gu)溶(rong)量(liang)，且氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)擴散速度(du)快于(yu)(yu)(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴散速度(du)，所(suo)以，在(zai)工件表(biao)面層(ceng)(ceng)，即化(hua)合物(wu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合組(zu)(zu)(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)(tan)(tan)約1%.在(zai)表(biao)面層(ceng)(ceng)內部即擴散層(ceng)(ceng)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)基本是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)含(han)量(liang)減少。不銹(xiu)鋼的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲組(zu)(zu)(zu)織(zhi)中還(huan)含(han)有鉻、鉬等(deng)合金元(yuan)素的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)。在(zai)共(gong)(gong)滲溫(wen)(wen)度(du)，因碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴散很慢，其只能(neng)以碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)（如Fe3C)的(de)(de)形式存在(zai)于(yu)(yu)(yu)化(hua)合物(wu)層(ceng)(ceng)中。

由(you)于合金元素的(de)影響，與碳鋼(gang)相(xiang)比，在(zai)相(xiang)同條件下不銹鋼(gang)氮碳共滲(shen)(shen)層硬度更高(gao)，但滲(shen)(shen)層深度淺，硬度變化(hua)梯度大，見(jian)圖7-7。圖7-8是ZGCr28的(de)氮碳共滲(shen)(shen)組織圖。

2. 氣體(ti)氮(dan)碳共滲

 氣(qi)體氮碳(tan)(tan)共滲就是把工件(jian)放在含有可分解成(cheng)氮原子(zi)和(he)碳(tan)(tan)原子(zi)氣(qi)氛(fen)的密閉設備中，在一定(ding)的壓力和(he)溫度條件(jian)下完(wan)成(cheng)氮碳(tan)(tan)共滲的處理方法。

 氣體氮碳共滲的介(jie)質(zhi)常(chang)見有以(yi)下幾種:

  a. 混(hun)合氣體

    即氨(an)氣(qi)(qi)中(zhong)加(jia)入(ru)吸熱式氣(qi)(qi)氛(fen)或放熱式氣(qi)(qi)氛(fen)進行共(gong)滲。

   其中，吸熱(re)式(shi)(shi)氣(qi)氛（RX)由乙醇(chun)、丙醇(chun)等裂(lie)解，或由烴類氣(qi)體(ti)制(zhi)備而成。吸熱(re)式(shi)(shi)氣(qi)氛（RX)的成分控制(zhi)為(wei)：H2為(wei)32%~40%,CO為(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控制(zhi)氣(qi)氛露(lu)點±0℃時(shi)，即可獲得較(jiao)理想的共滲結果。

  氨氣中加入放熱性氣氛(fen)(fen)（NX)進行(xing)氮(dan)碳共滲時，放熱式氣氛(fen)(fen)成分控制為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余(yu)為(wei)N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱式氣氛(fen)(fen)中CO含量較低，在與氨氣混合(he)進行(xing)共滲時，排出廢氣中的有毒物質較低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在(zai)500℃以(yi)上(shang)溫度熱解，分解成活(huo)性氮原(yuan)子(zi)和(he)碳原(yuan)子(zi)滲(shen)入工件(jian)表(biao)面。

  c. 滴注式(shi)氣(qi)體共滲

   即將(jiang)甲酰(xian)胺、乙酰(xian)胺、三乙醇(chun)胺、尿素、甲醇(chun)、乙醇(chun)等以不同(tong)比例配制成滴注(zhu)劑。滴入密封爐(lu)內，在(zai)一定的溫度條件下(xia)得到活性氮原子和碳原子滲入工件表面，完成氮碳共滲過程。

  氣體氨(an)碳共(gong)(gong)滲(shen)(shen)(shen)的(de)滲(shen)(shen)(shen)層深度及表面硬度與共(gong)(gong)滲(shen)(shen)(shen)溫度、共(gong)(gong)滲(shen)(shen)(shen)時(shi)間都有一定的(de)關系。這些因素(su)影響的(de)一般規(gui)律(lv)如下。

  共滲溫(wen)度(du)(du)(du)的影響：一(yi)般氣體氮碳共滲溫(wen)度(du)(du)(du)在540~580℃,隨共滲溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，滲層深度(du)(du)(du)增(zeng)加，表面硬度(du)(du)(du)先隨溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)而增(zeng)高(gao)(gao)，在570℃左(zuo)右時(shi)硬度(du)(du)(du)最高(gao)(gao)，然后(hou)溫(wen)度(du)(du)(du)再升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，硬度(du)(du)(du)呈(cheng)下降趨勢。

  共滲時間的(de)(de)影響(xiang)：在40%NH3,吸熱型氣(qi)氛60%,570℃共滲時，隨著時間的(de)(de)延長(chang)，共滲層深度、表面硬度均呈增加的(de)(de)趨(qu)勢(shi)。

  氣體氮碳(tan)共(gong)滲(shen)工件可以空冷(leng)(leng)、油冷(leng)(leng)或水冷(leng)(leng)。冷(leng)(leng)卻速度(du)越快，變形越大(da)，但(dan)表面硬度(du)和抗疲勞強度(du)越高。

3. 液(ye)體氮碳共滲

液(ye)體氮(dan)碳(tan)共滲(shen)(shen)也稱鹽(yan)浴氮(dan)碳(tan)共滲(shen)(shen)，即(ji)在(zai)含有(you)活(huo)性氮(dan)原子和活(huo)性碳(tan)原子的(de)熔(rong)鹽(yan)液(ye)中完成氮(dan)和碳(tan)滲(shen)(shen)入工件表面的(de)過程。

早期的(de)液體氨碳(tan)共滲(shen)用鹽(yan)主要是(shi)含有NaCN和KCN的(de)氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化后(hou)經(jing)過氧(yang)化產生額酸鹽(yan)，再由氛(fen)酸鹽(yan)氧(yang)化或(huo)分解獲(huo)取活(huo)性氮原子［N]和活(huo)性碳(tan)原子［C]。

主要的化學反(fan)應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也(ye)是由(you)上述反應獲(huo)取(qu)的［N]和(he)［C]滲人工件表面(mian)，從而完(wan)成(cheng)氮碳共滲過(guo)程。

生產中用氰(qing)酸根CNO-的(de)濃度(du)評定鹽浴活度(du)，通過(guo)控(kong)制CNO-的(de)含量(liang)來控(kong)制氮碳共滲(shen)層的(de)質量(liang)。

氰鹽鹽浴穩定性好(hao)，流動性也(ye)好(hao)，共滲質(zhi)量(liang)穩定、效果好(hao)，但其毒(du)性大，現(xian)已很少使(shi)用。

還有一(yi)種(zhong)以尿(niao)素(su)和碳酸鹽(yan)(yan)為主(zhu)要原材料的(de)混合鹽(yan)(yan)，加熱后產(chan)生(sheng)(sheng)化學反應(ying)生(sheng)(sheng)成(cheng)氰酸鹽(yan)(yan)：

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

再由氰酸鹽氧化和分解獲取(qu)活性氮原(yuan)子和活性碳原(yuan)子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這(zhe)種混合鹽(yan)熔化(hua)時損耗大，污染(ran)嚴重，反應(ying)生成物(wu)中含有(you)(you)氰(qing)化(hua)物(wu)，有(you)(you)較大的毒性，而且，鹽(yan)浴穩定性差，鹽(yan)浴成分調整困難，已經逐(zhu)漸減少使用。

目(mu)前比較常用的鹽(yan)是由(you)專業廠生(sheng)產的成品鹽(yan)，經加(jia)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(shi)用的(de)是(shi)哪(na)類(lei)鹽，最(zui)終(zhong)都是(shi)依靠氰酸(suan)鹽的(de)氧(yang)化、分解來(lai)獲取活性(xing)氮原子(zi)和活性(xing)碳(tan)原子(zi)，即有如下的(de)基本反應

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

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

液體氮(dan)碳共(gong)滲生產過程(cheng)中(zhong)的安全問(wen)題是(shi)一個(ge)需特殊說(shuo)明(ming)的問(wen)題。

液體氮碳共滲生(sheng)產(chan)中，除(chu)注(zhu)意熱(re)處理生(sheng)產(chan)的(de)常規(gui)安全規(gui)定(ding)外，還應(ying)特(te)別注(zhu)意以下各環節中可能產(chan)生(sheng)的(de)安全、環保(bao)問題。

 ①. 鹽浴的熔(rong)化和調(diao)整(zheng)

  氮碳共滲(shen)鹽浴熔化和調整時(shi)，應注(zhu)意防止熔鹽的(de)迸濺，特別(bie)是初次使用的(de)熔鹽或凝固(gu)后重(zhong)新開爐時(shi)，由于表面結殼，內部(bu)熔鹽突噴造成的(de)傷害。

  鹽熔化時(shi)會產生(sheng)廢氣，應抽(chou)風排出室(shi)外高空(kong)中。

 ②. 用(yong)氧化鹽(yan)浴冷(leng)卻

  共滲鹽浴(yu)溫度(du)(du)高，氧(yang)化鹽浴(yu)溫度(du)(du)低，在(zai)工件從共滲爐出爐入氧(yang)化鹽浴(yu)爐冷(leng)卻時，要(yao)注意預冷(leng)，防止氧(yang)化鹽浴(yu)的進(jin)濺和(he)逸出。

 ③. 清洗用水的處理

 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。

 液體(ti)氨碳(tan)共滲(shen)滲(shen)層質(zhi)量常見的缺陷及預(yu)防措施(shi)見表7-9。不銹鋼(gang)液體(ti)氨碳(tan)共滲(shen)工藝及效果見表7-10。