不(bu)銹(xiu)鋼氮碳共滲的主要目的是提高工件的表面硬度(du)、耐(nai)磨性(xing)(xing)能和耐(nai)疲勞性(xing)(xing)能（對于非不(bu)銹(xiu)鋼還有耐(nai)腐蝕性(xing)(xing)能）。

1. 氮碳共滲(shen)層(ceng)的組織

 氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲是同時向工件表(biao)面滲入氮(dan)和(he)碳(tan)(tan)。工件經氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲后，表(biao)面獲得共(gong)滲組(zu)織(zhi)。因為處(chu)理(li)溫度較(jiao)低(di)（一般(ban)低(di)于600℃),在(zai)這個(ge)溫度范圍(wei)，氮(dan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的固溶量(liang)遠高于碳(tan)(tan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的固溶量(liang)，且氮(dan)的擴(kuo)散(san)(san)速度快于碳(tan)(tan)的擴(kuo)散(san)(san)速度，所(suo)以(yi)(yi)，在(zai)工件表(biao)面層(ceng)，即化合(he)(he)(he)物(wu)層(ceng)的組(zu)織(zhi)是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及Fe3C的混合(he)(he)(he)組(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)約1%.在(zai)表(biao)面層(ceng)內(nei)部即擴(kuo)散(san)(san)層(ceng)組(zu)織(zhi)基本(ben)是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮(dan)的含(han)量(liang)減少。不銹鋼的氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲組(zu)織(zhi)中(zhong)(zhong)還含(han)有(you)鉻、鉬(mu)等(deng)合(he)(he)(he)金元(yuan)素的氮(dan)化物(wu)。在(zai)共(gong)滲溫度，因碳(tan)(tan)的擴(kuo)散(san)(san)很慢(man)，其只能(neng)以(yi)(yi)碳(tan)(tan)化物(wu)（如Fe3C)的形式(shi)存在(zai)于化合(he)(he)(he)物(wu)層(ceng)中(zhong)(zhong)。

由(you)于合金(jin)元(yuan)素的(de)影(ying)響，與碳鋼相(xiang)(xiang)比，在相(xiang)(xiang)同條件(jian)下不(bu)銹鋼氮碳共滲(shen)(shen)層硬度(du)更(geng)高，但滲(shen)(shen)層深度(du)淺(qian)，硬度(du)變化梯度(du)大，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的(de)氮碳共滲(shen)(shen)組織圖。

2. 氣體氮碳共滲

 氣體氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)就是把工件放在(zai)含(han)有可分解成氮(dan)原子(zi)和(he)碳(tan)(tan)原子(zi)氣氛的密閉設備中，在(zai)一定的壓力和(he)溫度條件下(xia)完成氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)的處(chu)理方法(fa)。

 氣體(ti)氮碳共滲(shen)的介質(zhi)常(chang)見有以下(xia)幾種:

  a. 混合(he)氣(qi)體

    即氨氣中加入(ru)吸熱(re)式氣氛或放熱(re)式氣氛進行共滲(shen)。

   其中，吸熱式(shi)氣(qi)氛（RX)由乙醇、丙(bing)醇等裂解(jie)，或由烴(jing)類氣(qi)體(ti)制(zhi)(zhi)備而成(cheng)。吸熱式(shi)氣(qi)氛（RX)的(de)成(cheng)分控(kong)制(zhi)(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(kong)制(zhi)(zhi)氣(qi)氛露(lu)點±0℃時，即可獲得較(jiao)理想的(de)共滲(shen)結(jie)果。

  氨氣中加入放(fang)熱性(xing)氣氛(fen)（NX)進行(xing)氮碳共滲(shen)時，放(fang)熱式氣氛(fen)成分控制(zhi)為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為N20控制(zhi)NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放(fang)熱式氣氛(fen)中CO含量較(jiao)低(di)(di)，在與氨氣混合進行(xing)共滲(shen)時，排出廢氣中的有毒(du)物質較(jiao)低(di)(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素(su)在500℃以上(shang)溫(wen)度(du)熱解，分解成活性(xing)氮原(yuan)子和碳(tan)原(yuan)子滲入(ru)工件表面。

  c. 滴(di)注式(shi)氣體共滲

   即將甲(jia)酰(xian)胺(an)、乙酰(xian)胺(an)、三乙醇(chun)胺(an)、尿素、甲(jia)醇(chun)、乙醇(chun)等以不同比(bi)例配制成滴注劑。滴入密(mi)封爐內，在一定的溫度(du)條件下得到(dao)活(huo)性(xing)氮原子和(he)碳(tan)原子滲入工件表(biao)面(mian)，完成氮碳(tan)共滲過(guo)程。

  氣體氨碳共滲(shen)(shen)的(de)滲(shen)(shen)層深度(du)及(ji)表面硬度(du)與(yu)共滲(shen)(shen)溫(wen)度(du)、共滲(shen)(shen)時間都有(you)一定(ding)的(de)關(guan)系。這些因素(su)影響的(de)一般規律如下。

  共滲溫(wen)度(du)(du)的影響：一般(ban)氣體氮碳共滲溫(wen)度(du)(du)在540~580℃,隨共滲溫(wen)度(du)(du)升高(gao)，滲層深度(du)(du)增加，表面(mian)硬(ying)(ying)度(du)(du)先(xian)隨溫(wen)度(du)(du)升高(gao)而增高(gao)，在570℃左右(you)時硬(ying)(ying)度(du)(du)最(zui)高(gao)，然后溫(wen)度(du)(du)再升高(gao)，硬(ying)(ying)度(du)(du)呈下降趨(qu)勢。

  共滲(shen)(shen)時間的影(ying)響：在40%NH3,吸熱型(xing)氣氛(fen)60%,570℃共滲(shen)(shen)時，隨著時間的延長，共滲(shen)(shen)層(ceng)深度、表面硬度均呈增(zeng)加(jia)的趨勢。

  氣體(ti)氮碳共滲工件可以(yi)空冷(leng)、油冷(leng)或水冷(leng)。冷(leng)卻速(su)度越(yue)快，變(bian)形越(yue)大，但表面硬(ying)度和抗疲勞強度越(yue)高。

3. 液體氮碳共滲

液(ye)體氮(dan)碳(tan)共滲也稱鹽浴氮(dan)碳(tan)共滲，即在含(han)有活(huo)性氮(dan)原(yuan)子和(he)活(huo)性碳(tan)原(yuan)子的熔鹽液(ye)中完(wan)成氮(dan)和(he)碳(tan)滲入(ru)工件表面的過(guo)程。

早期的液體氨碳共滲用鹽(yan)主要是含有NaCN和KCN的氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔(rong)化后經過氧化產生額酸鹽(yan)，再由氛酸鹽(yan)氧化或分解獲取活性(xing)氮原子［N]和活性(xing)碳原子［C]。

主要(yao)的(de)化學反應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

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

生產中用氰酸(suan)根CNO-的(de)濃度評定鹽浴活度，通過控制CNO-的(de)含量來控制氮碳共滲(shen)層(ceng)的(de)質量。

氰鹽鹽浴(yu)穩定(ding)性(xing)好(hao)，流動(dong)性(xing)也好(hao)，共滲(shen)質(zhi)量穩定(ding)、效果好(hao)，但其毒性(xing)大，現(xian)已很(hen)少(shao)使用。

還有一種(zhong)以尿素(su)和(he)碳(tan)酸(suan)鹽(yan)為主要原材料的混合鹽(yan)，加熱后產生(sheng)化學(xue)反應生(sheng)成(cheng)氰酸(suan)鹽(yan)：

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

再由氰(qing)酸鹽氧(yang)化和分解(jie)獲(huo)取(qu)活性氮原子和活性碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種(zhong)混合(he)鹽熔化(hua)時損耗(hao)大，污(wu)染(ran)嚴重(zhong)，反應生成物(wu)中含有(you)(you)氰(qing)化(hua)物(wu)，有(you)(you)較大的(de)毒性(xing)，而且(qie)，鹽浴(yu)穩定(ding)性(xing)差(cha)，鹽浴(yu)成分調整困難(nan)，已經逐漸減(jian)少使(shi)用。

目(mu)前比較常用的鹽(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。

無論使用(yong)的(de)是(shi)哪類(lei)鹽，最終都是(shi)依靠氰酸鹽的(de)氧(yang)化、分解來(lai)獲取活(huo)性氮原(yuan)子和(he)活(huo)性碳原(yuan)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↑

活性氮原(yuan)子［N]和活性碳原(yuan)子［C]被工件表面吸收并向內擴(kuo)散，完(wan)成氮碳共(gong)滲過(guo)程。

液體氮(dan)碳共滲生產過程中的(de)安全(quan)問題(ti)是一個(ge)需特殊說明的(de)問題(ti)。

液體氮碳共滲生產中(zhong)，除注意(yi)熱處理生產的(de)常規(gui)安(an)全(quan)規(gui)定外，還應特別注意(yi)以(yi)下各環節中(zhong)可能產生的(de)安(an)全(quan)、環保問題。

 ①. 鹽浴(yu)的熔化和(he)調整(zheng)

  氮碳共滲鹽浴熔化(hua)和調整(zheng)時(shi)，應注意防止熔鹽的(de)迸濺，特別是(shi)初次(ci)使用的(de)熔鹽或凝(ning)固(gu)后重新(xin)開爐時(shi)，由(you)于(yu)表面結殼，內(nei)部熔鹽突噴造成的(de)傷害。

  鹽熔(rong)化時(shi)會產(chan)生(sheng)廢氣，應抽風排(pai)出(chu)室(shi)外高空中。

 ②. 用氧化鹽(yan)浴(yu)冷(leng)卻

  共滲(shen)鹽(yan)浴(yu)溫度(du)高，氧化鹽(yan)浴(yu)溫度(du)低，在(zai)工(gong)件從共滲(shen)爐出爐入氧化鹽(yan)浴(yu)爐冷卻(que)時，要(yao)注(zhu)意(yi)預冷，防止氧化鹽(yan)浴(yu)的進濺和逸出。

 ③. 清洗(xi)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。

 液體氨碳共滲(shen)滲(shen)層質(zhi)量常見的缺陷及預(yu)防措施(shi)見表7-9。不銹(xiu)鋼液體氨碳共滲(shen)工藝及效果(guo)見表7-10。