不(bu)銹鋼氮碳共滲的主要目(mu)的是提高工件的表面硬(ying)度、耐(nai)磨性能和耐(nai)疲勞(lao)性能（對于(yu)非(fei)不(bu)銹鋼還有耐(nai)腐(fu)蝕性能）。

1. 氮(dan)碳(tan)共滲(shen)層(ceng)的組(zu)織

 氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)是(shi)同時(shi)向(xiang)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)滲(shen)入氮(dan)(dan)和碳(tan)(tan)。工(gong)件(jian)經氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)后，表(biao)面(mian)獲得共(gong)滲(shen)組織。因(yin)為處理溫(wen)度(du)(du)較(jiao)低(di)（一般低(di)于(yu)600℃),在(zai)這個溫(wen)度(du)(du)范圍，氮(dan)(dan)在(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)(de)固(gu)溶量遠高于(yu)碳(tan)(tan)在(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)(de)固(gu)溶量，且(qie)氮(dan)(dan)的(de)(de)擴散速度(du)(du)快(kuai)于(yu)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴散速度(du)(du)，所以(yi)，在(zai)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)層(ceng)，即化(hua)(hua)合(he)物層(ceng)的(de)(de)組織是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合(he)組織，含氮(dan)(dan)約(yue)7.4%,含碳(tan)(tan)約(yue)1%.在(zai)表(biao)面(mian)層(ceng)內部即擴散層(ceng)組織基本是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)和y相(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)的(de)(de)含量減少。不銹鋼的(de)(de)氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)組織中(zhong)還含有鉻、鉬等合(he)金元素的(de)(de)氮(dan)(dan)化(hua)(hua)物。在(zai)共(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)(du)，因(yin)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴散很慢，其(qi)只能以(yi)碳(tan)(tan)化(hua)(hua)物（如Fe3C)的(de)(de)形式存在(zai)于(yu)化(hua)(hua)合(he)物層(ceng)中(zhong)。

由于合金元素的(de)(de)影(ying)響，與(yu)碳鋼(gang)相比，在相同條(tiao)件(jian)下不銹(xiu)鋼(gang)氮碳共滲(shen)層硬(ying)度(du)(du)更高，但滲(shen)層深(shen)度(du)(du)淺，硬(ying)度(du)(du)變化梯度(du)(du)大，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的(de)(de)氮碳共滲(shen)組(zu)織圖。

2. 氣體氮碳共(gong)滲

 氣體氮(dan)碳共(gong)滲(shen)(shen)就是把(ba)工(gong)件(jian)放(fang)在(zai)含有可分解成氮(dan)原子和碳原子氣氛的密(mi)閉設備中(zhong)，在(zai)一定的壓力(li)和溫度(du)條件(jian)下(xia)完(wan)成氮(dan)碳共(gong)滲(shen)(shen)的處理方法。

 氣體氮(dan)碳共滲的介質常見有(you)以下幾種:

  a. 混合氣體

    即氨(an)氣中加入吸熱(re)式氣氛或放熱(re)式氣氛進行共滲。

   其(qi)中，吸(xi)熱(re)式(shi)氣氛(fen)（RX)由乙醇(chun)、丙醇(chun)等(deng)裂解，或由烴(jing)類氣體制備而成。吸(xi)熱(re)式(shi)氣氛(fen)（RX)的成分控制為(wei)：H2為(wei)32%~40%,CO為(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控制氣氛(fen)露點±0℃時，即可獲得較理(li)想的共滲結果。

  氨氣(qi)(qi)中(zhong)加入放熱(re)(re)性(xing)氣(qi)(qi)氛(fen)（NX)進行氮碳(tan)共滲時，放熱(re)(re)式(shi)氣(qi)(qi)氛(fen)成分(fen)控制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余為N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱(re)(re)式(shi)氣(qi)(qi)氛(fen)中(zhong)CO含量較(jiao)(jiao)低，在與氨氣(qi)(qi)混合進行共滲時，排(pai)出廢(fei)氣(qi)(qi)中(zhong)的有毒(du)物(wu)質較(jiao)(jiao)低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在(zai)500℃以上溫(wen)度熱(re)解，分解成活性氮原子(zi)和碳(tan)原子(zi)滲入工(gong)件表面(mian)。

  c. 滴注式氣體共滲

   即將甲酰胺、乙(yi)(yi)酰胺、三乙(yi)(yi)醇(chun)胺、尿素(su)、甲醇(chun)、乙(yi)(yi)醇(chun)等以(yi)不同比例(li)配(pei)制成(cheng)滴(di)注劑。滴(di)入密封爐(lu)內，在一定的溫度條件下得到活(huo)性氮(dan)原(yuan)子(zi)(zi)和碳原(yuan)子(zi)(zi)滲入工件表(biao)面，完(wan)成(cheng)氮(dan)碳共滲過程。

  氣體氨碳(tan)共滲的滲層深度(du)及(ji)表面硬度(du)與共滲溫度(du)、共滲時間都(dou)有一定(ding)的關系。這(zhe)些因(yin)素(su)影響(xiang)的一般(ban)規律(lv)如(ru)下。

  共滲溫(wen)(wen)度的影響：一般(ban)氣體(ti)氮碳共滲溫(wen)(wen)度在(zai)540~580℃,隨(sui)共滲溫(wen)(wen)度升高(gao)，滲層(ceng)深度增(zeng)加，表面硬度先(xian)隨(sui)溫(wen)(wen)度升高(gao)而(er)增(zeng)高(gao)，在(zai)570℃左右(you)時硬度最高(gao)，然后溫(wen)(wen)度再升高(gao)，硬度呈(cheng)下降趨(qu)勢。

  共(gong)滲(shen)時間(jian)的影響：在(zai)40%NH3,吸熱型(xing)氣氛60%,570℃共(gong)滲(shen)時，隨著時間(jian)的延長，共(gong)滲(shen)層深度、表面硬度均(jun)呈增加的趨勢。

  氣(qi)體(ti)氮碳(tan)共(gong)滲工(gong)件可以空冷、油冷或水冷。冷卻速(su)度越快(kuai)，變形越大，但表面硬度和抗疲勞強度越高(gao)。

3. 液體氮碳(tan)共滲(shen)

液體氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)也(ye)稱鹽浴氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)，即在含有活性(xing)氮(dan)原子(zi)和活性(xing)碳(tan)原子(zi)的熔鹽液中完成氮(dan)和碳(tan)滲(shen)(shen)入工件表面的過程。

早期的液體氨(an)碳(tan)共滲(shen)用(yong)鹽主要是含有(you)NaCN和(he)KCN的氰鹽。氯鹽熔化(hua)后經(jing)過氧(yang)化(hua)產生額酸鹽，再由氛酸鹽氧(yang)化(hua)或(huo)分解獲取(qu)活性氮原(yuan)子［N]和(he)活性碳(tan)原(yuan)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(you)上(shang)述反應獲取(qu)的［N]和［C]滲(shen)人工件表面，從而完成(cheng)氮碳共滲(shen)過程。

生產中用氰酸根CNO-的(de)濃度評定鹽浴活度，通過控制(zhi)CNO-的(de)含量來控制(zhi)氮碳共滲(shen)層的(de)質量。

氰鹽鹽浴穩定性好(hao)，流動性也好(hao)，共滲質量穩定、效果好(hao)，但其毒(du)性大，現已很少(shao)使用(yong)。

還(huan)有一(yi)種以尿素和(he)碳酸鹽(yan)(yan)(yan)為主要(yao)原材料的混(hun)合鹽(yan)(yan)(yan)，加熱后產生(sheng)化學反應生(sheng)成氰(qing)酸鹽(yan)(yan)(yan)：

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

再由氰酸鹽氧化和(he)分解獲取(qu)活性氮原子和(he)活性碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這(zhe)種(zhong)混合(he)鹽熔化時損耗大，污染嚴重，反(fan)應生成物(wu)中含有(you)氰化物(wu)，有(you)較(jiao)大的毒性，而且，鹽浴穩定性差(cha)，鹽浴成分調整困難(nan)，已經逐漸(jian)減少使用。

目(mu)前比較常用(yong)的(de)鹽是由(you)專(zhuan)業(ye)廠生(sheng)產的(de)成品鹽，經加熱熔(rong)化(hua)后直接使用(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。

無論(lun)使(shi)用的是(shi)哪類鹽，最終(zhong)都是(shi)依(yi)靠氰酸鹽的氧(yang)化、分解來獲取活性氮原子(zi)和活性碳(tan)原子(zi)，即(ji)有如下(xia)的基(ji)本反應(ying)

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活性(xing)氮原子(zi)［N]和活性(xing)碳(tan)(tan)原子(zi)［C]被工件表面(mian)吸收(shou)并向(xiang)內(nei)擴(kuo)散，完成氮碳(tan)(tan)共滲(shen)過(guo)程。

液(ye)體(ti)氮碳(tan)共滲生產過(guo)程中(zhong)的安全問(wen)題(ti)是一個需特(te)殊(shu)說明的問(wen)題(ti)。

液(ye)體氮碳(tan)共滲(shen)生產中(zhong)，除注意熱(re)處理生產的(de)常規(gui)安(an)全(quan)規(gui)定外，還應特別(bie)注意以下各環節中(zhong)可能產生的(de)安(an)全(quan)、環保(bao)問題。

 ①. 鹽浴的熔化(hua)和調整

  氮碳共滲(shen)鹽(yan)浴熔化和調(diao)整時，應(ying)注意防止熔鹽(yan)的(de)(de)迸濺(jian)，特(te)別是初次使用的(de)(de)熔鹽(yan)或凝(ning)固后重新開爐時，由(you)于表(biao)面結殼，內部(bu)熔鹽(yan)突噴造成的(de)(de)傷害。

  鹽熔化時會產生廢(fei)氣，應(ying)抽風排出室外高空中。

 ②. 用氧化鹽(yan)浴冷卻

  共(gong)滲(shen)鹽浴(yu)溫(wen)度高，氧(yang)化(hua)(hua)鹽浴(yu)溫(wen)度低，在工件(jian)從(cong)共(gong)滲(shen)爐(lu)(lu)出爐(lu)(lu)入(ru)氧(yang)化(hua)(hua)鹽浴(yu)爐(lu)(lu)冷卻時，要注意預冷，防止(zhi)氧(yang)化(hua)(hua)鹽浴(yu)的進(jin)濺和逸出。

 ③. 清洗用(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。

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