不銹鋼氮碳共滲的主(zhu)要目的是提高工件的表(biao)面硬度(du)、耐(nai)磨性(xing)能和耐(nai)疲勞性(xing)能（對于非不銹鋼還有耐(nai)腐蝕(shi)性(xing)能）。

1. 氮碳共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)(shen)是同時向(xiang)工(gong)件表面滲(shen)(shen)入(ru)氮(dan)(dan)和碳(tan)。工(gong)件經氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)(shen)后，表面獲得共(gong)(gong)(gong)滲(shen)(shen)組(zu)織(zhi)。因為處(chu)理(li)溫度較低（一般低于(yu)(yu)600℃),在(zai)(zai)(zai)這個(ge)溫度范(fan)圍，氮(dan)(dan)在(zai)(zai)(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)量(liang)遠(yuan)高于(yu)(yu)碳(tan)在(zai)(zai)(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)的(de)(de)(de)固溶(rong)(rong)量(liang)，且氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)速(su)度快于(yu)(yu)碳(tan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)速(su)度，所以，在(zai)(zai)(zai)工(gong)件表面層(ceng)(ceng)，即化合物(wu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)(de)組(zu)織(zhi)是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)(de)混(hun)合組(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)約1%.在(zai)(zai)(zai)表面層(ceng)(ceng)內部即擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)(ceng)組(zu)織(zhi)基(ji)本是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)的(de)(de)(de)含(han)量(liang)減少。不銹鋼的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)(shen)組(zu)織(zhi)中(zhong)還(huan)含(han)有鉻(ge)、鉬等(deng)合金元素的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)化物(wu)。在(zai)(zai)(zai)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)(shen)溫度，因碳(tan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)很(hen)慢(man)，其只(zhi)能(neng)以碳(tan)化物(wu)（如Fe3C)的(de)(de)(de)形式存在(zai)(zai)(zai)于(yu)(yu)化合物(wu)層(ceng)(ceng)中(zhong)。

由于(yu)合金元(yuan)素的影響，與(yu)碳鋼(gang)相比(bi)，在(zai)相同條件下不銹鋼(gang)氮碳共滲層(ceng)硬度(du)(du)更高，但滲層(ceng)深(shen)度(du)(du)淺，硬度(du)(du)變化梯度(du)(du)大，見圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是(shi)ZGCr28的氮碳共滲組織圖(tu)。

2. 氣體氮碳共滲

 氣體氮(dan)碳(tan)共滲(shen)就是(shi)把工件放在含有可分解成氮(dan)原(yuan)子和(he)碳(tan)原(yuan)子氣氛(fen)的(de)密閉設備中，在一定的(de)壓力(li)和(he)溫度條件下完成氮(dan)碳(tan)共滲(shen)的(de)處理方法。

 氣體氮碳(tan)共滲的介(jie)質常(chang)見有以下幾(ji)種:

  a. 混合氣(qi)體

    即(ji)氨(an)氣中加入吸熱(re)式氣氛(fen)或放熱(re)式氣氛(fen)進行共(gong)滲(shen)。

   其中，吸熱(re)式氣氛（RX)由(you)乙醇、丙(bing)醇等裂解，或由(you)烴類氣體制備而成。吸熱(re)式氣氛（RX)的成分(fen)控制為：H2為32%~40%,CO為20%~24%,CO2≤1%,N2為38%~43%.當NH:RX~1:1,控制氣氛露點(dian)±0℃時，即(ji)可獲得較理想的共(gong)滲結(jie)果。

  氨(an)氣中(zhong)加入放熱(re)性氣氛(fen)（NX)進(jin)行氮碳共滲時(shi)，放熱(re)式氣氛(fen)成分(fen)控(kong)制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余為N20控(kong)制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱(re)式氣氛(fen)中(zhong)CO含(han)量較(jiao)低(di)，在與(yu)氨(an)氣混合進(jin)行共滲時(shi)，排出(chu)廢氣中(zhong)的(de)有毒物質較(jiao)低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將(jiang)尿素在500℃以上溫(wen)度熱解(jie)(jie)，分(fen)解(jie)(jie)成活性(xing)氮原(yuan)子和碳原(yuan)子滲入工件表面。

  c. 滴注式氣(qi)體共滲

   即將(jiang)甲酰(xian)胺(an)(an)、乙酰(xian)胺(an)(an)、三乙醇(chun)胺(an)(an)、尿素(su)、甲醇(chun)、乙醇(chun)等(deng)以不同比例配制成滴(di)(di)注(zhu)劑(ji)。滴(di)(di)入密(mi)封爐內(nei)，在(zai)一定的溫度條件(jian)下(xia)得到活性(xing)氮原子(zi)和碳(tan)原子(zi)滲入工件(jian)表面(mian)，完(wan)成氮碳(tan)共(gong)滲過程。

  氣體氨(an)碳共滲的(de)滲層(ceng)深度(du)(du)及表面硬(ying)度(du)(du)與共滲溫度(du)(du)、共滲時間都有一(yi)定的(de)關系(xi)。這些因素影(ying)響的(de)一(yi)般規律如下。

  共(gong)(gong)(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)的影響：一般(ban)氣(qi)體(ti)氮(dan)碳共(gong)(gong)(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)在540~580℃,隨(sui)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高，滲(shen)層深度(du)(du)(du)增(zeng)加，表面硬度(du)(du)(du)先隨(sui)溫(wen)度(du)(du)(du)升(sheng)高而增(zeng)高，在570℃左右時硬度(du)(du)(du)最高，然后溫(wen)度(du)(du)(du)再升(sheng)高，硬度(du)(du)(du)呈下降趨(qu)勢(shi)。

  共(gong)滲時間的影響(xiang)：在40%NH3,吸熱型(xing)氣氛60%,570℃共(gong)滲時，隨著時間的延(yan)長，共(gong)滲層深度、表面硬度均呈增(zeng)加的趨(qu)勢。

  氣體(ti)氮碳共滲工件可(ke)以空(kong)冷、油冷或水冷。冷卻速度越快，變形越大，但表面硬度和抗疲(pi)勞強(qiang)度越高。

3. 液(ye)體氮碳(tan)共滲

液體(ti)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)也稱鹽浴氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)，即在含有活性(xing)氮(dan)原子和(he)活性(xing)碳(tan)原子的熔鹽液中完成(cheng)氮(dan)和(he)碳(tan)滲(shen)(shen)入工件表面的過程。

早(zao)期的(de)(de)液(ye)體氨碳(tan)共滲用鹽(yan)(yan)主(zhu)要是(shi)含有(you)NaCN和KCN的(de)(de)氰(qing)鹽(yan)(yan)。氯鹽(yan)(yan)熔化(hua)(hua)后經過氧(yang)化(hua)(hua)產生額(e)酸鹽(yan)(yan)，再由氛酸鹽(yan)(yan)氧(yang)化(hua)(hua)或分解獲取(qu)活(huo)性氮原(yuan)子［N]和活(huo)性碳(tan)原(yuan)子［C]。

主要的化(hua)學反應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

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

生產中(zhong)用氰(qing)酸根CNO-的(de)濃度評(ping)定鹽浴活度，通過控制CNO-的(de)含量(liang)來控制氮碳(tan)共滲(shen)層的(de)質量(liang)。

氰鹽鹽浴穩定性(xing)好，流動性(xing)也好，共滲質量穩定、效果(guo)好，但其(qi)毒性(xing)大，現已(yi)很少使(shi)用。

還(huan)有一種以尿素和碳酸鹽為主要原材料的(de)混合鹽，加熱后產生(sheng)(sheng)化學反應(ying)生(sheng)(sheng)成氰(qing)酸鹽：

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

再由氰酸鹽氧(yang)化和分解獲取活性(xing)氮(dan)原子和活性(xing)碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混(hun)合鹽(yan)(yan)熔化時損耗大(da)，污(wu)染嚴重，反(fan)應生成物中含有(you)氰化物，有(you)較大(da)的毒(du)性，而且，鹽(yan)(yan)浴穩定性差，鹽(yan)(yan)浴成分調整困(kun)難(nan)，已經逐(zhu)漸減少使用。

目前(qian)比較(jiao)常用的鹽(yan)是由專業廠生產的成品鹽(yan)，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(shi)用的(de)是哪類鹽，最終都(dou)是依(yi)靠氰酸鹽的(de)氧化(hua)、分(fen)解(jie)來獲取活性氮原(yuan)子(zi)和活性碳原(yuan)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(xing)氮原(yuan)子［N]和活性(xing)碳原(yuan)子［C]被工件表(biao)面吸(xi)收并向(xiang)內擴散，完成(cheng)氮碳共滲過程。

液體氮(dan)碳共滲(shen)生產過(guo)程(cheng)中的(de)安全(quan)問題是一個需特殊(shu)說明的(de)問題。

液(ye)體氮碳共滲生產(chan)中，除注意熱處理生產(chan)的常規安全(quan)規定外(wai)，還應特(te)別注意以下各環(huan)節中可能產(chan)生的安全(quan)、環(huan)保問(wen)題。

 ①. 鹽浴的熔化和調整

  氮(dan)碳共滲鹽(yan)(yan)浴(yu)熔化和調整時，應注意(yi)防止熔鹽(yan)(yan)的(de)迸濺，特(te)別(bie)是(shi)初次使用的(de)熔鹽(yan)(yan)或凝固后重新開爐時，由(you)于表面結殼，內部熔鹽(yan)(yan)突噴造成的(de)傷(shang)害。

  鹽熔(rong)化時會產生廢氣，應(ying)抽(chou)風(feng)排(pai)出室外(wai)高空中。

 ②. 用氧化鹽浴(yu)冷卻

  共滲鹽浴溫(wen)度(du)高，氧化(hua)鹽浴溫(wen)度(du)低(di)，在(zai)工件從共滲爐(lu)出爐(lu)入氧化(hua)鹽浴爐(lu)冷卻時，要注意預(yu)冷，防止氧化(hua)鹽浴的進濺和逸出。

 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。

 液體氨(an)碳共(gong)滲(shen)(shen)滲(shen)(shen)層質量常見的缺陷及預防措施見表7-9。不銹鋼液體氨(an)碳共(gong)滲(shen)(shen)工藝及效果見表7-10。