不銹鋼(gang)氮碳共(gong)滲的主要目的是(shi)提高(gao)工件(jian)的表面硬度、耐磨性能(neng)和(he)耐疲勞(lao)性能(neng)（對(dui)于非不銹鋼(gang)還有耐腐蝕性能(neng)）。

1. 氮碳(tan)共滲層的組織(zhi)

 氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲(shen)(shen)是(shi)同時向(xiang)工(gong)件表(biao)面(mian)滲(shen)(shen)入氮(dan)(dan)和(he)碳(tan)(tan)(tan)(tan)。工(gong)件經氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲(shen)(shen)后，表(biao)面(mian)獲得(de)共(gong)(gong)滲(shen)(shen)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)。因為處理溫度較低（一般低于(yu)600℃),在(zai)這個(ge)溫度范圍，氮(dan)(dan)在(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)固(gu)(gu)溶量遠高(gao)于(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)在(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)固(gu)(gu)溶量，且氮(dan)(dan)的(de)擴(kuo)(kuo)散速度快于(yu)碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)散速度，所以，在(zai)工(gong)件表(biao)面(mian)層(ceng)，即化合物(wu)(wu)層(ceng)的(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)混合組(zu)(zu)(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)(tan)(tan)約1%.在(zai)表(biao)面(mian)層(ceng)內部(bu)即擴(kuo)(kuo)散層(ceng)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)基本(ben)是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)的(de)含(han)量減(jian)少(shao)。不(bu)銹鋼的(de)氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)(tan)共(gong)(gong)滲(shen)(shen)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)還含(han)有鉻、鉬等合金(jin)元素的(de)氮(dan)(dan)化物(wu)(wu)。在(zai)共(gong)(gong)滲(shen)(shen)溫度，因碳(tan)(tan)(tan)(tan)的(de)擴(kuo)(kuo)散很(hen)慢，其只能以碳(tan)(tan)(tan)(tan)化物(wu)(wu)（如Fe3C)的(de)形式存(cun)在(zai)于(yu)化合物(wu)(wu)層(ceng)中(zhong)。

由于合(he)金元(yuan)素的影響，與碳鋼相比，在相同條件下不銹鋼氮(dan)碳共(gong)滲(shen)層(ceng)硬度(du)更(geng)高，但滲(shen)層(ceng)深度(du)淺，硬度(du)變化梯度(du)大，見圖7-7。圖7-8是(shi)ZGCr28的氮(dan)碳共(gong)滲(shen)組織(zhi)圖。

2. 氣體氮(dan)碳共滲

 氣體氮(dan)(dan)碳共滲就是把工件放(fang)在(zai)含有可分解成氮(dan)(dan)原(yuan)子和(he)碳原(yuan)子氣氛的密閉設(she)備(bei)中，在(zai)一定的壓力和(he)溫(wen)度條件下完成氮(dan)(dan)碳共滲的處理方法。

 氣體氮(dan)碳(tan)共滲的(de)介(jie)質常見(jian)有以(yi)下(xia)幾種:

  a. 混合氣體

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

   其中，吸(xi)熱式氣氛(fen)（RX)由乙(yi)醇(chun)、丙醇(chun)等裂解，或由烴類氣體制(zhi)備(bei)而(er)成(cheng)。吸(xi)熱式氣氛(fen)（RX)的成(cheng)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)氣氛(fen)露點±0℃時，即可獲得(de)較(jiao)理想的共滲結果。

  氨氣(qi)中(zhong)(zhong)加入(ru)放(fang)(fang)熱性氣(qi)氛（NX)進(jin)行(xing)氮碳(tan)共(gong)滲時，放(fang)(fang)熱式(shi)氣(qi)氛成分控制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余為N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放(fang)(fang)熱式(shi)氣(qi)氛中(zhong)(zhong)CO含量較低，在與氨氣(qi)混合進(jin)行(xing)共(gong)滲時，排出廢氣(qi)中(zhong)(zhong)的(de)有毒物質較低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿(niao)素在500℃以上溫度熱解，分解成(cheng)活(huo)性氮原子(zi)和碳原子(zi)滲入工(gong)件表面。

  c. 滴注(zhu)式氣體共滲

   即將(jiang)甲(jia)酰胺(an)、乙(yi)酰胺(an)、三乙(yi)醇胺(an)、尿素、甲(jia)醇、乙(yi)醇等以不(bu)同比例配制成滴(di)注(zhu)劑。滴(di)入密封爐內(nei)，在一定的溫度(du)條件下得到活性(xing)氮原(yuan)子和(he)碳原(yuan)子滲(shen)入工件表面，完(wan)成氮碳共(gong)滲(shen)過程。

  氣體(ti)氨碳共滲(shen)的滲(shen)層深度及表面硬度與共滲(shen)溫度、共滲(shen)時(shi)間(jian)都(dou)有(you)一定的關系。這(zhe)些(xie)因素影響的一般規律如(ru)下(xia)。

  共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)的影響：一般氣體氮碳共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)在(zai)540~580℃,隨共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高，滲(shen)層深度(du)(du)(du)(du)增加，表面硬(ying)度(du)(du)(du)(du)先隨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)升高而增高，在(zai)570℃左右時硬(ying)度(du)(du)(du)(du)最高，然后溫(wen)度(du)(du)(du)(du)再(zai)升高，硬(ying)度(du)(du)(du)(du)呈(cheng)下降趨勢(shi)。

  共(gong)(gong)滲(shen)時(shi)間的影(ying)響：在40%NH3,吸熱型氣(qi)氛60%,570℃共(gong)(gong)滲(shen)時(shi)，隨(sui)著(zhu)時(shi)間的延長，共(gong)(gong)滲(shen)層深度(du)、表面硬(ying)度(du)均呈(cheng)增加(jia)的趨勢。

  氣體氮(dan)碳共滲工(gong)件可以(yi)空冷(leng)(leng)、油(you)冷(leng)(leng)或水(shui)冷(leng)(leng)。冷(leng)(leng)卻速(su)度越(yue)(yue)快，變(bian)形(xing)越(yue)(yue)大，但(dan)表面(mian)硬(ying)度和抗疲勞(lao)強度越(yue)(yue)高。

3. 液體氮碳(tan)共滲

液(ye)體氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)也稱鹽(yan)浴氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)，即在含有(you)活(huo)性氮(dan)(dan)原子和活(huo)性碳(tan)(tan)原子的熔鹽(yan)液(ye)中完(wan)成氮(dan)(dan)和碳(tan)(tan)滲(shen)入工件表面的過程。

早期的液體(ti)氨碳共滲用鹽主要是含(han)有NaCN和KCN的氰鹽。氯(lv)鹽熔化(hua)后(hou)經過氧化(hua)產生額酸鹽，再由氛酸鹽氧化(hua)或分(fen)解獲取(qu)活性氮原子［N]和活性碳原子［C]。

主要的(de)化學反應(ying)有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也是由上(shang)述(shu)反應(ying)獲取(qu)的［N]和(he)［C]滲人(ren)工(gong)件(jian)表面，從而完成氮碳共(gong)滲過程。

生(sheng)產中(zhong)用氰(qing)酸(suan)根(gen)CNO-的(de)濃度評定鹽浴(yu)活(huo)度，通過控(kong)制CNO-的(de)含量來(lai)控(kong)制氮碳(tan)共滲層的(de)質量。

氰(qing)鹽鹽浴穩(wen)定性好，流動性也好，共滲質量(liang)穩(wen)定、效果好，但其(qi)毒性大，現(xian)已很少使用。

還有(you)一種(zhong)以尿素和碳(tan)酸(suan)(suan)鹽為主要原材料的混合(he)鹽，加熱后產生化學反應(ying)生成氰酸(suan)(suan)鹽：

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

再(zai)由氰酸鹽(yan)氧化和分解獲(huo)取(qu)活(huo)(huo)性(xing)氮原(yuan)子和活(huo)(huo)性(xing)碳原(yuan)子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這(zhe)種混(hun)合鹽(yan)(yan)熔(rong)化時損(sun)耗大，污(wu)染嚴重，反應生成(cheng)物(wu)(wu)中(zhong)含有氰化物(wu)(wu)，有較(jiao)大的毒性(xing)，而且，鹽(yan)(yan)浴穩(wen)定性(xing)差，鹽(yan)(yan)浴成(cheng)分調整困難(nan)，已經(jing)逐漸減少使用。

目前比較常(chang)用的(de)鹽是(shi)由專業廠生產的(de)成(cheng)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(wu)論使(shi)用(yong)的(de)是哪類鹽，最終都是依靠氰酸鹽的(de)氧化、分解來獲(huo)取活(huo)性(xing)氮原子(zi)和活(huo)性(xing)碳原子(zi)，即有如下的(de)基本反(fan)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(dan)(dan)原子［N]和活性(xing)碳(tan)(tan)原子［C]被工(gong)件表面吸(xi)收并向內(nei)擴散，完(wan)成氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)過程(cheng)。

液體氮碳共滲生產過程中的(de)安全問題(ti)是一個需(xu)特(te)殊說明(ming)的(de)問題(ti)。

液體氮(dan)碳共滲(shen)生產(chan)中，除(chu)注意熱處理生產(chan)的常規(gui)安(an)全規(gui)定外(wai)，還應特(te)別注意以下各環節(jie)中可能(neng)產(chan)生的安(an)全、環保問題。

 ①. 鹽浴的熔化和調整

  氮碳共滲鹽(yan)浴熔(rong)化(hua)和調整時，應(ying)注意防止熔(rong)鹽(yan)的(de)(de)迸濺，特別是初次使用(yong)的(de)(de)熔(rong)鹽(yan)或(huo)凝(ning)固后重新開爐時，由于(yu)表面結殼，內部熔(rong)鹽(yan)突噴造成的(de)(de)傷(shang)害。

  鹽熔化(hua)時(shi)會(hui)產生廢氣，應(ying)抽風(feng)排出室外(wai)高(gao)空中。

 ②. 用氧(yang)化鹽浴冷卻

  共(gong)滲(shen)鹽(yan)浴溫(wen)度高，氧化鹽(yan)浴溫(wen)度低，在工件從共(gong)滲(shen)爐(lu)出(chu)爐(lu)入氧化鹽(yan)浴爐(lu)冷卻(que)時(shi)，要注(zhu)意(yi)預(yu)冷，防止氧化鹽(yan)浴的進濺和(he)逸出(chu)。

 ③. 清洗(xi)用水(shui)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。

 液體氨碳共滲(shen)滲(shen)層質量(liang)常(chang)見的缺陷(xian)及(ji)預防措施見表7-9。不銹鋼液體氨碳共滲(shen)工藝及(ji)效果(guo)見表7-10。