不銹鋼氮碳共滲的主(zhu)要(yao)目的是(shi)提高(gao)工件的表面硬度(du)、耐磨性能和耐疲勞性能（對于非不銹鋼還有耐腐蝕(shi)性能）。

1. 氮碳(tan)共滲層的(de)組織

 氮碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)是同時(shi)向工(gong)件(jian)(jian)表面滲(shen)(shen)(shen)(shen)入氮和(he)碳(tan)(tan)(tan)。工(gong)件(jian)(jian)經氮碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)后(hou)，表面獲得共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)組(zu)織。因為處理(li)溫度(du)較低(di)（一般低(di)于600℃),在(zai)(zai)這(zhe)個(ge)溫度(du)范圍，氮在(zai)(zai)α相中(zhong)的(de)(de)(de)固溶量(liang)遠高于碳(tan)(tan)(tan)在(zai)(zai)α相中(zhong)的(de)(de)(de)固溶量(liang)，且氮的(de)(de)(de)擴散(san)速度(du)快于碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)擴散(san)速度(du)，所以(yi)，在(zai)(zai)工(gong)件(jian)(jian)表面層，即(ji)化(hua)合物層的(de)(de)(de)組(zu)織是ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及(ji)Fe3C的(de)(de)(de)混合組(zu)織，含氮約7.4%,含碳(tan)(tan)(tan)約1%.在(zai)(zai)表面層內(nei)部即(ji)擴散(san)層組(zu)織基本是ε相（Fe2~3N)和(he)y相（Fe4N),氮的(de)(de)(de)含量(liang)減少。不銹鋼的(de)(de)(de)氮碳(tan)(tan)(tan)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)組(zu)織中(zhong)還(huan)含有鉻(ge)、鉬等合金元素(su)的(de)(de)(de)氮化(hua)物。在(zai)(zai)共(gong)滲(shen)(shen)(shen)(shen)溫度(du)，因碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)擴散(san)很慢，其只能(neng)以(yi)碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物（如Fe3C)的(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)于化(hua)合物層中(zhong)。

由于合(he)金元素(su)的影響，與碳(tan)鋼(gang)相比，在相同條(tiao)件下不(bu)銹鋼(gang)氮碳(tan)共滲層硬度(du)更高，但(dan)滲層深度(du)淺(qian)，硬度(du)變化(hua)梯度(du)大，見圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是ZGCr28的氮碳(tan)共滲組織(zhi)圖(tu)。

2. 氣體氮碳共滲

 氣體氮碳(tan)共滲就(jiu)是把(ba)工件(jian)放在(zai)(zai)含(han)有可分解成氮原子和碳(tan)原子氣氛(fen)的(de)密閉設備中(zhong)，在(zai)(zai)一定的(de)壓(ya)力和溫度條件(jian)下(xia)完成氮碳(tan)共滲的(de)處理方法(fa)。

 氣(qi)體(ti)氮碳共滲的介質常見(jian)有以(yi)下(xia)幾種:

  a. 混合氣體

    即氨氣(qi)(qi)中加入吸熱式(shi)氣(qi)(qi)氛(fen)或放熱式(shi)氣(qi)(qi)氛(fen)進(jin)行共滲。

   其(qi)中，吸熱式氣(qi)(qi)氛（RX)由乙(yi)醇(chun)、丙醇(chun)等裂解，或由烴類氣(qi)(qi)體(ti)制備(bei)而(er)成。吸熱式氣(qi)(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(dang)NH:RX~1:1,控制氣(qi)(qi)氛露點±0℃時(shi)，即可獲得較理想的共滲結果。

  氨(an)氣中加(jia)入放熱(re)性氣氛（NX)進(jin)行氮碳共(gong)(gong)滲時(shi)，放熱(re)式氣氛成(cheng)分(fen)控制(zhi)為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為(wei)N20控制(zhi)NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱(re)式氣氛中CO含量較低，在與氨(an)氣混合進(jin)行共(gong)(gong)滲時(shi)，排出廢氣中的有毒(du)物(wu)質(zhi)較低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素(su)在500℃以上溫(wen)度熱解，分解成活性氮(dan)原子(zi)和碳原子(zi)滲入工件(jian)表面(mian)。

  c. 滴注式氣體共(gong)滲

   即將甲酰(xian)(xian)胺(an)(an)、乙(yi)酰(xian)(xian)胺(an)(an)、三乙(yi)醇胺(an)(an)、尿(niao)素、甲醇、乙(yi)醇等以不同比例配(pei)制成(cheng)滴注劑。滴入密封爐內，在(zai)一定的(de)溫度條件下(xia)得(de)到活(huo)性氮(dan)(dan)原子和碳原子滲入工(gong)件表(biao)面，完成(cheng)氮(dan)(dan)碳共滲過程。

  氣體(ti)氨(an)碳共(gong)滲的(de)滲層深(shen)度及表面硬度與(yu)共(gong)滲溫度、共(gong)滲時間都(dou)有一定的(de)關系。這些因素影(ying)響的(de)一般規(gui)律如(ru)下(xia)。

  共滲(shen)(shen)溫(wen)(wen)度(du)的影響：一般氣體(ti)氮碳(tan)共滲(shen)(shen)溫(wen)(wen)度(du)在540~580℃,隨共滲(shen)(shen)溫(wen)(wen)度(du)升高，滲(shen)(shen)層深(shen)度(du)增加，表(biao)面硬度(du)先(xian)隨溫(wen)(wen)度(du)升高而增高，在570℃左右時硬度(du)最高，然后溫(wen)(wen)度(du)再升高，硬度(du)呈(cheng)下(xia)降趨勢。

  共(gong)滲(shen)時(shi)間的影響：在40%NH3,吸(xi)熱型氣氛(fen)60%,570℃共(gong)滲(shen)時(shi)，隨著時(shi)間的延長(chang)，共(gong)滲(shen)層(ceng)深度、表(biao)面硬度均呈增加的趨勢。

  氣體氮(dan)碳共(gong)滲工(gong)件(jian)可以空冷、油冷或水冷。冷卻(que)速度越(yue)(yue)快(kuai)，變形越(yue)(yue)大，但表面(mian)硬度和抗疲勞(lao)強度越(yue)(yue)高(gao)。

3. 液(ye)體氮碳(tan)共滲

液體氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲也稱鹽(yan)浴(yu)氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲，即在含有活性氮(dan)(dan)原(yuan)(yuan)子和活性碳(tan)(tan)(tan)原(yuan)(yuan)子的(de)熔鹽(yan)液中完成(cheng)氮(dan)(dan)和碳(tan)(tan)(tan)滲入工件表面的(de)過程。

早(zao)期(qi)的(de)液體氨碳共(gong)滲用鹽(yan)主(zhu)要(yao)是(shi)含(han)有NaCN和KCN的(de)氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化(hua)(hua)后經過氧化(hua)(hua)產生額酸鹽(yan)，再由氛酸鹽(yan)氧化(hua)(hua)或分解(jie)獲取(qu)活(huo)性氮原子［N]和活(huo)性碳原子［C]。

主(zhu)要的(de)化學(xue)反(fan)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［C]滲人工(gong)件表(biao)面(mian)，從而完成氮(dan)碳共滲過程。

生產中(zhong)用(yong)氰酸根CNO-的(de)濃度評定鹽浴活度，通過控制CNO-的(de)含量(liang)來控制氮碳共滲(shen)層的(de)質量(liang)。

氰(qing)鹽鹽浴穩(wen)定性(xing)好，流動性(xing)也好，共(gong)滲(shen)質量穩(wen)定、效果好，但其毒(du)性(xing)大(da)，現已很少使(shi)用。

還(huan)有(you)一種以尿素和(he)碳酸(suan)鹽為(wei)主要原材料(liao)的混合鹽，加(jia)熱后產生化(hua)學反應生成氰(qing)酸(suan)鹽：

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

再由氰酸鹽(yan)氧化和分解獲取活(huo)性(xing)(xing)氮原子和活(huo)性(xing)(xing)碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合鹽熔化時損(sun)耗大(da)(da)，污染(ran)嚴重(zhong)，反應生成物中含有(you)氰(qing)化物，有(you)較大(da)(da)的毒(du)性，而(er)且，鹽浴穩定性差(cha)，鹽浴成分調整困(kun)難，已經逐漸減少(shao)使用。

目前比較(jiao)常用的鹽是由專業廠(chang)生產的成品鹽，經(jing)加熱熔(rong)化(hua)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(de)是哪類(lei)鹽，最終都(dou)是依(yi)靠氰酸鹽的(de)氧化、分解來獲取活(huo)性氮原子和(he)活(huo)性碳原子，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(dan)原子［N]和(he)活性碳原子［C]被(bei)工件表面吸收并(bing)向內擴散，完(wan)成氮(dan)碳共滲過程(cheng)。

液體(ti)氮碳共滲生產(chan)過程中的安全問題是一個需特殊說明的問題。

液體氮碳(tan)共滲生(sheng)產中(zhong)，除注意(yi)熱(re)處理生(sheng)產的常規安全規定外，還(huan)應特(te)別(bie)注意(yi)以下(xia)各環(huan)節中(zhong)可能產生(sheng)的安全、環(huan)保問題。

 ①. 鹽浴(yu)的熔化和調(diao)整

  氮(dan)碳共滲鹽浴熔化和調整時(shi)，應注(zhu)意防止熔鹽的(de)迸濺，特別是初次使用的(de)熔鹽或凝固后重新開(kai)爐時(shi)，由(you)于表(biao)面結(jie)殼，內部熔鹽突噴造(zao)成的(de)傷(shang)害。

  鹽熔化(hua)時(shi)會產生廢氣，應抽風排出(chu)室(shi)外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷(leng)卻

  共滲(shen)鹽浴溫(wen)度(du)高，氧化(hua)鹽浴溫(wen)度(du)低，在工件從共滲(shen)爐(lu)出(chu)爐(lu)入(ru)氧化(hua)鹽浴爐(lu)冷(leng)卻(que)時，要(yao)注意預冷(leng)，防止氧化(hua)鹽浴的進濺(jian)和逸出(chu)。

 ③. 清(qing)洗用(yong)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(ye)體氨(an)碳共(gong)滲(shen)(shen)滲(shen)(shen)層質(zhi)量常見的缺陷及預防措(cuo)施(shi)見表7-9。不銹鋼液(ye)體氨(an)碳共(gong)滲(shen)(shen)工藝及效果見表7-10。