不銹鋼氮(dan)碳共滲的(de)主要目的(de)是提高工件的(de)表(biao)面硬(ying)度、耐(nai)磨(mo)性(xing)能和(he)耐(nai)疲勞性(xing)能（對于非不銹鋼還有耐(nai)腐蝕性(xing)能）。

1. 氮碳共滲層的(de)組織

 氮碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)是同(tong)時(shi)向工件(jian)(jian)表面滲(shen)(shen)(shen)入(ru)氮和(he)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。工件(jian)(jian)經氮碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)后，表面獲得共(gong)滲(shen)(shen)(shen)組(zu)織(zhi)(zhi)。因為處理溫度(du)較低（一般低于600℃),在(zai)(zai)這個溫度(du)范圍，氮在(zai)(zai)α相(xiang)(xiang)中的(de)(de)固溶量遠高于碳(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)α相(xiang)(xiang)中的(de)(de)固溶量，且氮的(de)(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)快(kuai)于碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)，所以，在(zai)(zai)工件(jian)(jian)表面層，即化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)層的(de)(de)組(zu)織(zhi)(zhi)是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合組(zu)織(zhi)(zhi)，含(han)(han)氮約(yue)7.4%,含(han)(han)碳(tan)(tan)(tan)(tan)約(yue)1%.在(zai)(zai)表面層內部即擴(kuo)散(san)層組(zu)織(zhi)(zhi)基本(ben)是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮的(de)(de)含(han)(han)量減少。不銹鋼的(de)(de)氮碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)組(zu)織(zhi)(zhi)中還含(han)(han)有鉻(ge)、鉬等合金元素的(de)(de)氮化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)。在(zai)(zai)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)溫度(du)，因碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)很慢，其(qi)只能以碳(tan)(tan)(tan)(tan)化(hua)物(wu)(wu)(wu)(wu)（如Fe3C)的(de)(de)形式存在(zai)(zai)于化(hua)合物(wu)(wu)(wu)(wu)層中。

由于(yu)合金元素的(de)(de)影響，與碳鋼相(xiang)比，在相(xiang)同條件下不銹鋼氮(dan)碳共滲(shen)層硬度(du)更高(gao)，但滲(shen)層深度(du)淺，硬度(du)變化梯度(du)大，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的(de)(de)氮(dan)碳共滲(shen)組織圖。

2. 氣體(ti)氮(dan)碳共滲

 氣體氮(dan)碳(tan)共滲就(jiu)是(shi)把工件(jian)放在含(han)有可分解(jie)成(cheng)氮(dan)原子和碳(tan)原子氣氛的密閉設備中，在一定(ding)的壓(ya)力和溫度條(tiao)件(jian)下完成(cheng)氮(dan)碳(tan)共滲的處(chu)理方法(fa)。

 氣體氮碳共(gong)滲的介質常(chang)見有以下幾(ji)種(zhong):

  a. 混合氣體

    即(ji)氨氣中加入吸熱式(shi)氣氛或放熱式(shi)氣氛進行(xing)共滲。

   其中，吸(xi)熱式氣(qi)氛（RX)由(you)乙醇、丙醇等裂解，或由(you)烴(jing)類氣(qi)體制備而成。吸(xi)熱式氣(qi)氛（RX)的成分控制為(wei)(wei)：H2為(wei)(wei)32%~40%,CO為(wei)(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控制氣(qi)氛露點±0℃時，即可獲得較理想的共滲結(jie)果。

  氨氣中(zhong)加入(ru)放(fang)熱(re)性(xing)氣氛(fen)（NX)進(jin)行氮碳共滲時，放(fang)熱(re)式氣氛(fen)成(cheng)分控(kong)制(zhi)為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為N20控(kong)制(zhi)NH3:NX≈(5~6):(5~4).由(you)于放(fang)熱(re)式氣氛(fen)中(zhong)CO含量較(jiao)低，在與氨氣混(hun)合(he)進(jin)行共滲時，排出廢(fei)氣中(zhong)的有毒物質較(jiao)低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以上(shang)溫度熱解，分(fen)解成活性(xing)氮原子(zi)和碳原子(zi)滲入工件(jian)表面。

  c. 滴注式氣體共滲(shen)

   即將甲酰胺、乙(yi)酰胺、三乙(yi)醇(chun)胺、尿素、甲醇(chun)、乙(yi)醇(chun)等以不同比例配制成滴注劑。滴入密封(feng)爐(lu)內，在一定的溫(wen)度條件下得到活(huo)性氮原子和碳原子滲入工件表面，完成氮碳共滲過程。

  氣體氨碳共滲(shen)的(de)(de)滲(shen)層深度(du)及表(biao)面硬度(du)與共滲(shen)溫度(du)、共滲(shen)時間(jian)都有一定的(de)(de)關系。這些因素影響的(de)(de)一般規律(lv)如下。

  共滲(shen)溫(wen)(wen)度(du)的影(ying)響(xiang)：一(yi)般氣(qi)體氮碳共滲(shen)溫(wen)(wen)度(du)在540~580℃,隨共滲(shen)溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)，滲(shen)層深度(du)增加(jia)，表面(mian)硬(ying)度(du)先隨溫(wen)(wen)度(du)升高(gao)而增高(gao)，在570℃左(zuo)右時硬(ying)度(du)最高(gao)，然后溫(wen)(wen)度(du)再升高(gao)，硬(ying)度(du)呈下(xia)降(jiang)趨(qu)勢。

  共(gong)滲(shen)時(shi)間的(de)影響：在40%NH3,吸(xi)熱型氣氛60%,570℃共(gong)滲(shen)時(shi)，隨(sui)著時(shi)間的(de)延(yan)長，共(gong)滲(shen)層(ceng)深度(du)、表面硬度(du)均呈增加的(de)趨勢。

  氣體氮碳共滲工件可(ke)以空冷、油冷或水冷。冷卻速度越快，變形越大，但表(biao)面硬(ying)度和抗疲勞強度越高。

3. 液體氮碳共(gong)滲

液(ye)體氮(dan)碳共滲也稱鹽浴氮(dan)碳共滲，即在含有活性(xing)氮(dan)原子和(he)活性(xing)碳原子的熔(rong)鹽液(ye)中完成氮(dan)和(he)碳滲入工件表(biao)面的過程。

早(zao)期的(de)液體氨碳(tan)共滲用鹽(yan)主要是含(han)有NaCN和(he)KCN的(de)氰(qing)鹽(yan)。氯鹽(yan)熔(rong)化后經過(guo)氧化產(chan)生額酸鹽(yan)，再由氛(fen)酸鹽(yan)氧化或分解獲取活性氮原(yuan)子(zi)(zi)［N]和(he)活性碳(tan)原(yuan)子(zi)(zi)［C]。

主要(yao)的化學反應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也是由(you)上述反應獲取的(de)［N]和［C]滲人工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)，從而完(wan)成氮碳共(gong)滲過(guo)程。

生(sheng)產中用(yong)氰酸根(gen)CNO-的濃度評定鹽浴(yu)活度，通(tong)過控制(zhi)CNO-的含量(liang)來(lai)控制(zhi)氮碳共(gong)滲層的質量(liang)。

氰鹽鹽浴(yu)穩定(ding)性好，流動性也好，共(gong)滲質量穩定(ding)、效果好，但(dan)其(qi)毒性大(da)，現已很少使(shi)用。

還(huan)有一種以尿(niao)素(su)和(he)碳酸鹽(yan)為主要原材料的混合(he)鹽(yan)，加熱后產(chan)生(sheng)化學反應生(sheng)成氰酸鹽(yan)：

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

再由氰酸鹽氧(yang)化和分解獲取活性氮原子(zi)和活性碳(tan)原子(zi)：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合鹽熔化(hua)時損耗大(da)，污染嚴(yan)重，反應(ying)生成物中(zhong)含有(you)氰化(hua)物，有(you)較大(da)的(de)毒性，而且(qie)，鹽浴穩(wen)定性差，鹽浴成分調(diao)整困難(nan)，已經逐漸減少(shao)使用(yong)。

目前(qian)比(bi)較(jiao)常用(yong)的鹽是由專業廠(chang)生產的成品鹽，經(jing)加熱(re)熔化后(hou)直(zhi)接使(shi)用(yong)。

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(wu)論使用的是哪類鹽，最終都是依靠(kao)氰酸鹽的氧化(hua)、分解來獲取活性(xing)氮原子和活性(xing)碳(tan)原子，即有如下的基本反應(ying)

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活(huo)性氮(dan)(dan)原(yuan)子［N]和(he)活(huo)性碳原(yuan)子［C]被工件表面(mian)吸(xi)收并向內擴散，完成氮(dan)(dan)碳共滲(shen)過程。

液體氮碳共(gong)滲生產過程中的(de)安(an)全問題是一個需特殊說明的(de)問題。

液(ye)體氮碳共(gong)滲生產(chan)(chan)中，除注意熱處理生產(chan)(chan)的常規安(an)全規定(ding)外，還應特(te)別注意以下(xia)各環節中可(ke)能產(chan)(chan)生的安(an)全、環保問(wen)題。

 ①. 鹽浴的熔化和調(diao)整

  氮(dan)碳(tan)共滲鹽浴熔(rong)化和調整時，應(ying)注意防止熔(rong)鹽的(de)迸(beng)濺(jian)，特別是初次使(shi)用的(de)熔(rong)鹽或凝(ning)固后重新開爐時，由于表(biao)面結(jie)殼，內(nei)部(bu)熔(rong)鹽突(tu)噴造成的(de)傷害。

  鹽熔(rong)化時(shi)會產生廢氣，應抽風排出室外高(gao)空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻

  共滲(shen)(shen)鹽浴(yu)溫度(du)高，氧化(hua)(hua)鹽浴(yu)溫度(du)低，在工件從共滲(shen)(shen)爐(lu)出爐(lu)入(ru)氧化(hua)(hua)鹽浴(yu)爐(lu)冷(leng)卻時(shi)，要(yao)注意預冷(leng)，防(fang)止(zhi)氧化(hua)(hua)鹽浴(yu)的進濺和逸出。

 ③. 清(qing)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。

 液體氨(an)碳(tan)共(gong)滲滲層質量常(chang)見的(de)缺陷及預防措(cuo)施見表7-9。不銹鋼(gang)液體氨(an)碳(tan)共(gong)滲工藝及效果見表7-10。