不銹(xiu)鋼氮(dan)碳共滲的(de)主(zhu)要目的(de)是提高(gao)工件的(de)表面硬(ying)度、耐磨性能(neng)和耐疲勞性能(neng)（對于非不銹(xiu)鋼還有耐腐蝕(shi)性能(neng)）。

1. 氮碳共(gong)滲層的組織

 氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)是(shi)同時向工(gong)件表(biao)面(mian)滲(shen)入(ru)氮(dan)和(he)碳(tan)。工(gong)件經(jing)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)后，表(biao)面(mian)獲得共(gong)滲(shen)組織(zhi)。因為處(chu)理(li)溫(wen)度(du)(du)較(jiao)低（一般低于(yu)600℃),在(zai)這個溫(wen)度(du)(du)范圍，氮(dan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)固溶量(liang)(liang)遠高于(yu)碳(tan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)的(de)(de)(de)(de)固溶量(liang)(liang)，且氮(dan)的(de)(de)(de)(de)擴散速度(du)(du)快于(yu)碳(tan)的(de)(de)(de)(de)擴散速度(du)(du)，所以(yi)，在(zai)工(gong)件表(biao)面(mian)層(ceng)，即化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)層(ceng)的(de)(de)(de)(de)組織(zhi)是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及(ji)Fe3C的(de)(de)(de)(de)混合組織(zhi)，含氮(dan)約(yue)7.4%,含碳(tan)約(yue)1%.在(zai)表(biao)面(mian)層(ceng)內部即擴散層(ceng)組織(zhi)基(ji)本是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮(dan)的(de)(de)(de)(de)含量(liang)(liang)減少。不(bu)銹鋼的(de)(de)(de)(de)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)組織(zhi)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)還含有鉻、鉬等(deng)合金元(yuan)素的(de)(de)(de)(de)氮(dan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)。在(zai)共(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)(du)，因碳(tan)的(de)(de)(de)(de)擴散很慢(man)，其只能以(yi)碳(tan)化(hua)(hua)物(wu)(wu)(wu)（如Fe3C)的(de)(de)(de)(de)形式(shi)存在(zai)于(yu)化(hua)(hua)合物(wu)(wu)(wu)層(ceng)中(zhong)(zhong)(zhong)(zhong)。

由于(yu)合金元素的影響，與碳(tan)鋼(gang)相(xiang)(xiang)比(bi)，在相(xiang)(xiang)同條件下不銹鋼(gang)氮碳(tan)共滲層硬度(du)更高，但滲層深度(du)淺，硬度(du)變化梯(ti)度(du)大，見(jian)圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是ZGCr28的氮碳(tan)共滲組織圖(tu)。

2. 氣體氮碳(tan)共滲

 氣(qi)體氮碳共滲(shen)就是把工(gong)件(jian)放(fang)在含有(you)可(ke)分(fen)解成(cheng)氮原子(zi)(zi)和(he)碳原子(zi)(zi)氣(qi)氛的密閉設(she)備中，在一(yi)定的壓力和(he)溫度(du)條件(jian)下完成(cheng)氮碳共滲(shen)的處理(li)方法。

 氣體氮碳共滲的(de)介質常見有(you)以(yi)下幾種:

  a. 混合氣體(ti)

    即氨氣中加(jia)入吸熱(re)式氣氛(fen)或放熱(re)式氣氛(fen)進行(xing)共滲。

   其(qi)中，吸熱(re)式氣(qi)(qi)氛(fen)（RX)由(you)(you)乙醇、丙醇等裂解，或(huo)由(you)(you)烴類氣(qi)(qi)體制(zhi)備而成(cheng)。吸熱(re)式氣(qi)(qi)氛(fen)（RX)的(de)成(cheng)分控(kong)(kong)制(zhi)為(wei)(wei)：H2為(wei)(wei)32%~40%,CO為(wei)(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控(kong)(kong)制(zhi)氣(qi)(qi)氛(fen)露(lu)點(dian)±0℃時，即(ji)可獲(huo)得較理想(xiang)的(de)共(gong)滲(shen)結果(guo)。

  氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)加(jia)入放(fang)(fang)熱性氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)（NX)進行(xing)氮碳共滲時(shi)，放(fang)(fang)熱式氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)成(cheng)分控制為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為(wei)N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于(yu)放(fang)(fang)熱式氣(qi)(qi)(qi)(qi)氛(fen)中(zhong)(zhong)CO含量較(jiao)低，在與氨(an)氣(qi)(qi)(qi)(qi)混(hun)合進行(xing)共滲時(shi)，排(pai)出(chu)廢氣(qi)(qi)(qi)(qi)中(zhong)(zhong)的(de)有毒物質(zhi)較(jiao)低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以上溫度(du)熱解，分解成活性氮原子和碳原子滲(shen)入(ru)工件表(biao)面。

  c. 滴注式氣體共滲

   即將甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、尿素、甲醇、乙醇等以不(bu)同比例(li)配制成(cheng)滴注劑(ji)。滴入(ru)密封爐(lu)內，在一定的溫度(du)條件下得到活性氮(dan)原(yuan)子(zi)和碳原(yuan)子(zi)滲入(ru)工件表(biao)面，完(wan)成(cheng)氮(dan)碳共滲過程。

  氣體氨碳共滲的滲層深度及表面硬(ying)度與(yu)共滲溫度、共滲時間(jian)都有(you)一(yi)定的關系(xi)。這些(xie)因素影響的一(yi)般(ban)規律(lv)如下(xia)。

  共滲(shen)溫度(du)(du)的影響：一般氣體氮碳(tan)共滲(shen)溫度(du)(du)在540~580℃,隨共滲(shen)溫度(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)，滲(shen)層深度(du)(du)增加(jia)，表面硬度(du)(du)先隨溫度(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)而(er)增高(gao)(gao)，在570℃左(zuo)右時硬度(du)(du)最高(gao)(gao)，然后(hou)溫度(du)(du)再(zai)升(sheng)高(gao)(gao)，硬度(du)(du)呈下降趨(qu)勢。

  共滲時(shi)間(jian)的影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共滲時(shi)，隨著時(shi)間(jian)的延長，共滲層深度、表面(mian)硬度均呈(cheng)增(zeng)加的趨勢。

  氣體氮碳共(gong)滲工件可以空冷(leng)、油冷(leng)或水冷(leng)。冷(leng)卻速(su)度(du)越快(kuai)，變形越大(da)，但(dan)表(biao)面硬度(du)和抗疲勞強(qiang)度(du)越高。

3. 液體氮碳共滲

液體(ti)氮碳(tan)共滲也稱鹽(yan)浴(yu)氮碳(tan)共滲，即在(zai)含有(you)活性(xing)(xing)氮原子和活性(xing)(xing)碳(tan)原子的熔鹽(yan)液中完成(cheng)氮和碳(tan)滲入工件(jian)表面的過程。

早期的(de)液體氨碳(tan)共滲(shen)用鹽(yan)主要是含有NaCN和KCN的(de)氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化(hua)(hua)后(hou)經過氧(yang)(yang)化(hua)(hua)產生(sheng)額酸鹽(yan)，再(zai)由(you)氛酸鹽(yan)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)或分(fen)解獲取活性(xing)氮原(yuan)子［N]和活性(xing)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(ying)獲取的［N]和［C]滲(shen)人工件表面，從而完成氮碳共滲(shen)過程。

生產中用氰酸根CNO-的(de)濃度評定鹽浴活(huo)度，通(tong)過(guo)控制CNO-的(de)含量(liang)來控制氮碳共(gong)滲(shen)層的(de)質量(liang)。

氰鹽鹽浴穩(wen)定性(xing)(xing)好，流動性(xing)(xing)也好，共滲(shen)質(zhi)量穩(wen)定、效果(guo)好，但其毒性(xing)(xing)大，現已很少使用。

還有(you)一種以尿素(su)和碳酸(suan)(suan)鹽為主要原材料(liao)的混合鹽，加(jia)熱(re)后產生(sheng)化學反應生(sheng)成氰酸(suan)(suan)鹽：

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

再由氰(qing)酸鹽氧化和(he)分解獲(huo)取活性(xing)氮原子和(he)活性(xing)碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種(zhong)混合鹽熔化(hua)時損(sun)耗大，污染(ran)嚴(yan)重，反應生成物中含有氰化(hua)物，有較(jiao)大的毒性(xing)(xing)，而且，鹽浴穩(wen)定性(xing)(xing)差，鹽浴成分(fen)調整困難，已(yi)經(jing)逐漸減少使用(yong)。

目前比較常用(yong)的(de)鹽(yan)是由專(zhuan)業廠生(sheng)產的(de)成品鹽(yan)，經加熱(re)熔化后直接(jie)使(shi)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。

無論使用(yong)的(de)是哪類鹽，最終都是依靠氰(qing)酸鹽的(de)氧化、分(fen)解來獲取活性(xing)氮原子和活性(xing)碳原子，即有(you)如(ru)下的(de)基(ji)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)氮原子(zi)［N]和(he)活性(xing)碳原子(zi)［C]被工件表(biao)面吸收(shou)并向內擴散(san)，完(wan)成氮碳共滲(shen)過程。

液體氮碳共滲生產過程中(zhong)的安全問(wen)題是一(yi)個需(xu)特殊說明的問(wen)題。

液體氮碳共滲生產(chan)中，除注(zhu)意熱處理生產(chan)的常規(gui)安全規(gui)定外，還應特(te)別(bie)注(zhu)意以(yi)下各(ge)環節中可能產(chan)生的安全、環保問題。

 ①. 鹽浴的(de)熔化(hua)和調(diao)整

  氮碳(tan)共(gong)滲鹽浴熔(rong)化和調(diao)整(zheng)時(shi)，應注意(yi)防止(zhi)熔(rong)鹽的(de)(de)迸濺，特別是初次使用的(de)(de)熔(rong)鹽或凝固后重新開爐時(shi)，由于(yu)表面結殼，內(nei)部熔(rong)鹽突噴造成的(de)(de)傷害。

  鹽熔化時會產(chan)生(sheng)廢(fei)氣，應抽(chou)風排出室外(wai)高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻(que)

  共滲鹽(yan)浴(yu)(yu)溫度高，氧化鹽(yan)浴(yu)(yu)溫度低(di)，在工件從(cong)共滲爐(lu)出爐(lu)入氧化鹽(yan)浴(yu)(yu)爐(lu)冷(leng)卻時，要(yao)注意預冷(leng)，防止氧化鹽(yan)浴(yu)(yu)的進濺和逸出。

 ③. 清洗用水的(de)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(ti)氨(an)碳共滲滲層質量(liang)常見的缺陷及(ji)預防措施見表(biao)7-9。不(bu)銹鋼(gang)液體(ti)氨(an)碳共滲工(gong)藝(yi)及(ji)效果見表(biao)7-10。