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

1. 氮(dan)碳共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲(shen)是(shi)(shi)同(tong)時向工件(jian)表面(mian)(mian)滲(shen)入(ru)氮(dan)(dan)(dan)和碳(tan)(tan)(tan)。工件(jian)經氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲(shen)后，表面(mian)(mian)獲得共滲(shen)組織(zhi)。因為(wei)處理溫度(du)較低（一般低于(yu)600℃),在(zai)這(zhe)個(ge)溫度(du)范圍，氮(dan)(dan)(dan)在(zai)α相中(zhong)的(de)(de)(de)固溶量(liang)(liang)遠(yuan)高于(yu)碳(tan)(tan)(tan)在(zai)α相中(zhong)的(de)(de)(de)固溶量(liang)(liang)，且(qie)氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散速度(du)快于(yu)碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散速度(du)，所以，在(zai)工件(jian)表面(mian)(mian)層，即(ji)化(hua)合(he)(he)物層的(de)(de)(de)組織(zhi)是(shi)(shi)ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)(de)混合(he)(he)組織(zhi)，含氮(dan)(dan)(dan)約7.4%,含碳(tan)(tan)(tan)約1%.在(zai)表面(mian)(mian)層內部即(ji)擴(kuo)散層組織(zhi)基本(ben)是(shi)(shi)ε相（Fe2~3N)和y相（Fe4N),氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)(de)含量(liang)(liang)減少。不銹鋼的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲(shen)組織(zhi)中(zhong)還含有鉻、鉬等(deng)合(he)(he)金(jin)元素(su)的(de)(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化(hua)物。在(zai)共滲(shen)溫度(du)，因碳(tan)(tan)(tan)的(de)(de)(de)擴(kuo)散很慢，其只能以碳(tan)(tan)(tan)化(hua)物（如(ru)Fe3C)的(de)(de)(de)形式存在(zai)于(yu)化(hua)合(he)(he)物層中(zhong)。

由于合金元素的(de)影響，與(yu)碳(tan)鋼(gang)相(xiang)比，在相(xiang)同條(tiao)件下(xia)不銹鋼(gang)氮碳(tan)共(gong)滲層硬度(du)更高(gao)，但滲層深度(du)淺，硬度(du)變化梯度(du)大(da)，見圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是ZGCr28的(de)氮碳(tan)共(gong)滲組織圖(tu)。

2. 氣(qi)體氮碳(tan)共滲(shen)

 氣體(ti)氮(dan)碳共滲就是把工件放在(zai)含有(you)可分(fen)解成氮(dan)原子和(he)碳原子氣氛(fen)的密閉設備中，在(zai)一定(ding)的壓力和(he)溫(wen)度條件下完成氮(dan)碳共滲的處理方(fang)法(fa)。

 氣體氮碳共滲(shen)的介質(zhi)常見有(you)以(yi)下(xia)幾種:

  a. 混合(he)氣(qi)體(ti)

    即氨(an)氣中加入吸熱(re)式(shi)氣氛(fen)或放(fang)熱(re)式(shi)氣氛(fen)進(jin)行共滲。

   其(qi)中，吸(xi)(xi)熱式氣氛(fen)（RX)由乙醇、丙醇等裂解，或由烴類氣體制備而成。吸(xi)(xi)熱式氣氛(fen)（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(fen)露點±0℃時(shi)，即可獲得較理(li)想的共滲(shen)結果(guo)。

  氨(an)氣中加入放熱性氣氛（NX)進行氮碳共滲時(shi)，放熱式(shi)氣氛成分控(kong)制(zhi)為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為(wei)N20控(kong)制(zhi)NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱式(shi)氣氛中CO含量較低(di)，在(zai)與(yu)氨(an)氣混合(he)進行共滲時(shi)，排出(chu)廢(fei)氣中的有(you)毒物質較低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以上溫度(du)熱解，分解成(cheng)活性氮原子(zi)和碳(tan)原子(zi)滲(shen)入工件表面。

  c. 滴注式氣(qi)體共(gong)滲

   即將甲(jia)酰胺、乙(yi)酰胺、三(san)乙(yi)醇胺、尿素、甲(jia)醇、乙(yi)醇等以不同比例配制成滴注劑。滴入密封爐內(nei)，在一(yi)定的溫度條件下得到(dao)活性氮原(yuan)子和碳原(yuan)子滲(shen)入工件表面，完(wan)成氮碳共滲(shen)過(guo)程(cheng)。

  氣(qi)體(ti)氨碳共(gong)(gong)滲(shen)(shen)的(de)滲(shen)(shen)層深度(du)及(ji)表面硬度(du)與共(gong)(gong)滲(shen)(shen)溫度(du)、共(gong)(gong)滲(shen)(shen)時(shi)間都(dou)有(you)一(yi)定的(de)關(guan)系(xi)。這些因素影響的(de)一(yi)般規(gui)律如下。

  共滲溫度(du)(du)(du)的影響：一般氣體(ti)氮碳共滲溫度(du)(du)(du)在540~580℃,隨共滲溫度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)，滲層深(shen)度(du)(du)(du)增加，表面硬度(du)(du)(du)先隨溫度(du)(du)(du)升(sheng)高(gao)(gao)而增高(gao)(gao)，在570℃左右時硬度(du)(du)(du)最高(gao)(gao)，然后溫度(du)(du)(du)再升(sheng)高(gao)(gao)，硬度(du)(du)(du)呈下降趨勢。

  共(gong)滲(shen)時間的(de)影響：在40%NH3,吸(xi)熱(re)型氣氛(fen)60%,570℃共(gong)滲(shen)時，隨著(zhu)時間的(de)延長，共(gong)滲(shen)層深(shen)度、表面硬度均呈增加的(de)趨勢(shi)。

  氣體氮碳共滲工件(jian)可以空冷、油冷或水冷。冷卻速度越(yue)(yue)快，變形越(yue)(yue)大(da)，但表面硬(ying)度和抗(kang)疲勞強度越(yue)(yue)高。

3. 液體氮碳共滲

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

早期的液體氨碳(tan)共滲用鹽主要是(shi)含有NaCN和KCN的氰鹽。氯(lv)鹽熔化后經(jing)過(guo)氧化產(chan)生額酸鹽，再由氛酸鹽氧化或分解獲(huo)取活(huo)性氮原子［N]和活(huo)性碳(tan)原子［C]。

主要的化學(xue)反應(ying)有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

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

生(sheng)產(chan)中用氰酸根CNO-的(de)濃度(du)評(ping)定(ding)鹽浴活度(du)，通(tong)過控(kong)制CNO-的(de)含量來控(kong)制氮碳共滲層(ceng)的(de)質量。

氰鹽鹽浴穩定(ding)性(xing)好，流動(dong)性(xing)也(ye)好，共滲(shen)質量穩定(ding)、效果好，但其毒性(xing)大，現已很少使用。

還有一種以尿(niao)素(su)和碳酸鹽(yan)為主要原(yuan)材料的混合鹽(yan)，加熱后產生化學反應(ying)生成氰酸鹽(yan)：

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

再由氰酸鹽氧化(hua)和分(fen)解獲取活(huo)性氮原子和活(huo)性碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合鹽(yan)熔化時(shi)損(sun)耗(hao)大(da)，污染嚴重(zhong)，反應生成(cheng)物中含(han)有氰化物，有較大(da)的毒性(xing)，而(er)且，鹽(yan)浴穩定(ding)性(xing)差，鹽(yan)浴成(cheng)分調整困難(nan)，已經逐(zhu)漸減少使(shi)用。

目前比(bi)較(jiao)常(chang)用的鹽是由專業廠生產的成品鹽，經加熱(re)熔化(hua)后直(zhi)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。

無論使用的(de)是(shi)哪類(lei)鹽，最終(zhong)都(dou)是(shi)依靠(kao)氰(qing)酸(suan)鹽的(de)氧化(hua)、分解來獲(huo)取活性(xing)(xing)氮原子和活性(xing)(xing)碳原子，即有(you)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(huo)性氮(dan)原(yuan)子(zi)［N]和活(huo)性碳原(yuan)子(zi)［C]被工件(jian)表面(mian)吸收(shou)并向內擴散(san)，完成氮(dan)碳共滲過程。

液體(ti)氮碳共滲生產過(guo)程中的安全問(wen)(wen)題是一個需特殊(shu)說明的問(wen)(wen)題。

液體氮(dan)碳共滲生產(chan)中，除注意熱處理生產(chan)的常規安(an)全(quan)規定外(wai)，還(huan)應特別注意以下(xia)各環節中可能產(chan)生的安(an)全(quan)、環保(bao)問(wen)題(ti)。

 ①. 鹽浴的熔化和(he)調整

  氮(dan)碳共滲鹽(yan)(yan)浴熔(rong)化和調(diao)整時，應(ying)注意防止熔(rong)鹽(yan)(yan)的迸濺，特別是初次使用的熔(rong)鹽(yan)(yan)或凝固后重新開爐時，由于表(biao)面結殼(ke)，內(nei)部熔(rong)鹽(yan)(yan)突噴造成(cheng)的傷害。

  鹽熔化時會產生廢氣，應抽風排出室(shi)外高空中(zhong)。

 ②. 用(yong)氧(yang)化鹽浴冷(leng)卻

  共滲鹽(yan)浴(yu)溫度高(gao)，氧化鹽(yan)浴(yu)溫度低，在工件從共滲爐出爐入氧化鹽(yan)浴(yu)爐冷(leng)卻時(shi)，要注意預(yu)冷(leng)，防止氧化鹽(yan)浴(yu)的進濺和(he)逸出。

 ③. 清洗用(yong)水的處(chu)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(ye)(ye)體氨(an)碳共滲滲層質量常(chang)見的缺(que)陷及預防措施見表7-9。不銹鋼液(ye)(ye)體氨(an)碳共滲工藝及效果見表7-10。