不銹鋼氮碳共滲的主要目的是提高工件的表面硬度、耐(nai)磨(mo)性(xing)能(neng)(neng)和耐(nai)疲勞性(xing)能(neng)(neng)（對于非(fei)不銹鋼還有耐(nai)腐蝕性(xing)能(neng)(neng)）。

1. 氮碳共滲(shen)層的(de)組織

 氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)是(shi)同時向(xiang)工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)滲(shen)入氮(dan)和碳(tan)(tan)。工(gong)件(jian)經氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)后，表(biao)面(mian)(mian)獲得共(gong)滲(shen)組(zu)織(zhi)。因為處理溫(wen)度(du)較低(di)（一般低(di)于600℃),在這個溫(wen)度(du)范(fan)圍，氮(dan)在α相(xiang)(xiang)中的固溶量(liang)(liang)遠(yuan)高于碳(tan)(tan)在α相(xiang)(xiang)中的固溶量(liang)(liang)，且氮(dan)的擴散(san)速度(du)快于碳(tan)(tan)的擴散(san)速度(du)，所以，在工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)(mian)層，即化(hua)合(he)物(wu)層的組(zu)織(zhi)是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及(ji)Fe3C的混合(he)組(zu)織(zhi)，含氮(dan)約(yue)7.4%,含碳(tan)(tan)約(yue)1%.在表(biao)面(mian)(mian)層內部(bu)即擴散(san)層組(zu)織(zhi)基本是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮(dan)的含量(liang)(liang)減少。不銹鋼(gang)的氮(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)組(zu)織(zhi)中還含有鉻、鉬等合(he)金元素的氮(dan)化(hua)物(wu)。在共(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)，因碳(tan)(tan)的擴散(san)很慢(man)，其只能以碳(tan)(tan)化(hua)物(wu)（如Fe3C)的形式(shi)存在于化(hua)合(he)物(wu)層中。

由于合金元素的影響，與碳鋼(gang)相比，在相同(tong)條件(jian)下不銹鋼(gang)氮(dan)碳共滲層(ceng)硬(ying)度(du)(du)更高，但滲層(ceng)深(shen)度(du)(du)淺，硬(ying)度(du)(du)變(bian)化(hua)梯度(du)(du)大，見(jian)圖(tu)7-7。圖(tu)7-8是ZGCr28的氮(dan)碳共滲組織圖(tu)。

2. 氣體氮碳共滲

 氣體氮(dan)(dan)碳(tan)共滲就是把工件放在含有可分(fen)解(jie)成(cheng)(cheng)氮(dan)(dan)原(yuan)子(zi)和碳(tan)原(yuan)子(zi)氣氛的(de)密(mi)閉設(she)備(bei)中，在一定的(de)壓力和溫(wen)度條(tiao)件下完成(cheng)(cheng)氮(dan)(dan)碳(tan)共滲的(de)處理方法。

 氣(qi)體氮碳共(gong)滲的介質常見(jian)有(you)以下(xia)幾種:

  a. 混合氣體

    即(ji)氨氣(qi)中加入吸熱式氣(qi)氛或放熱式氣(qi)氛進行共滲。

   其中，吸熱式氣(qi)(qi)氛（RX)由乙醇、丙醇等裂解，或由烴類氣(qi)(qi)體制(zhi)備而成。吸熱式氣(qi)(qi)氛（RX)的成分控(kong)制(zhi)為：H2為32%~40%,CO為20%~24%,CO2≤1%,N2為38%~43%.當NH:RX~1:1,控(kong)制(zhi)氣(qi)(qi)氛露點±0℃時，即可獲得較理想(xiang)的共滲(shen)結(jie)果。

  氨(an)氣中(zhong)(zhong)加入(ru)放(fang)熱(re)性氣氛（NX)進行(xing)氮碳共滲時，放(fang)熱(re)式氣氛成分控(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(fang)熱(re)式氣氛中(zhong)(zhong)CO含量較低，在與氨(an)氣混合進行(xing)共滲時，排出廢氣中(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，分解成活性氮(dan)原子(zi)和(he)碳原子(zi)滲(shen)入工件(jian)表面(mian)。

  c. 滴注式氣體共(gong)滲

   即將(jiang)甲酰胺、乙(yi)酰胺、三乙(yi)醇胺、尿(niao)素、甲醇、乙(yi)醇等以不同比(bi)例配制成滴注劑。滴入密封爐內(nei)，在(zai)一定的溫(wen)度(du)條件下得到活(huo)性(xing)氮原(yuan)(yuan)子(zi)和碳原(yuan)(yuan)子(zi)滲入工件表面，完成氮碳共滲過程(cheng)。

  氣(qi)體氨碳共(gong)滲(shen)的滲(shen)層(ceng)深度及表面(mian)硬度與共(gong)滲(shen)溫度、共(gong)滲(shen)時間都有一定的關系。這些(xie)因(yin)素影響的一般規律如下(xia)。

  共滲溫(wen)度(du)(du)的影響：一般氣體氮碳共滲溫(wen)度(du)(du)在540~580℃,隨共滲溫(wen)度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，滲層深(shen)度(du)(du)增加，表面硬度(du)(du)先(xian)隨溫(wen)度(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)而增高(gao)(gao)，在570℃左右時(shi)硬度(du)(du)最高(gao)(gao)，然后溫(wen)度(du)(du)再升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，硬度(du)(du)呈(cheng)下降趨勢。

  共(gong)滲(shen)時(shi)間的(de)影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共(gong)滲(shen)時(shi)，隨著時(shi)間的(de)延(yan)長(chang)，共(gong)滲(shen)層深(shen)度、表面硬(ying)度均呈增加的(de)趨勢。

  氣體(ti)氮碳共滲工件可(ke)以空冷(leng)(leng)、油(you)冷(leng)(leng)或水冷(leng)(leng)。冷(leng)(leng)卻速(su)度(du)越快，變(bian)形越大，但(dan)表面(mian)硬度(du)和(he)抗疲勞強(qiang)度(du)越高。

3. 液體(ti)氮(dan)碳(tan)共滲

液(ye)(ye)體氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)也稱鹽浴(yu)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)，即在含有活性(xing)氮(dan)原(yuan)子和活性(xing)碳(tan)原(yuan)子的(de)熔(rong)鹽液(ye)(ye)中完成氮(dan)和碳(tan)滲(shen)入(ru)工件表面的(de)過程。

早期(qi)的液(ye)體氨碳(tan)共滲用(yong)鹽(yan)(yan)主要是含有NaCN和KCN的氰鹽(yan)(yan)。氯鹽(yan)(yan)熔化(hua)后經過氧化(hua)產生額酸鹽(yan)(yan)，再(zai)由氛酸鹽(yan)(yan)氧化(hua)或(huo)分解獲取活(huo)性氮原(yuan)子［N]和活(huo)性碳(tan)原(yuan)子［C]。

主要的(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(you)上述(shu)反應獲取的［N]和［C]滲人工(gong)件表面，從(cong)而完成氮碳共滲過程。

生產(chan)中用氰酸根CNO-的(de)濃度(du)評定鹽(yan)浴活度(du)，通過控制CNO-的(de)含(han)量來控制氮碳共滲(shen)層的(de)質量。

氰鹽(yan)鹽(yan)浴穩(wen)定性好(hao)，流動性也好(hao)，共滲質量穩(wen)定、效果好(hao)，但其(qi)毒性大，現已很少使用。

還有(you)一(yi)種以尿素和碳酸鹽為主要原材料的(de)混合鹽，加熱后產生化學反應生成氰酸鹽：

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

再由氰酸鹽氧(yang)化和(he)分(fen)解獲取活(huo)性(xing)(xing)氮原(yuan)子和(he)活(huo)性(xing)(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)合鹽熔(rong)化(hua)(hua)時損(sun)耗(hao)大，污染嚴重，反應生成物中含有氰化(hua)(hua)物，有較大的(de)毒性，而且，鹽浴穩定性差，鹽浴成分調(diao)整困難(nan)，已經逐漸減少使用。

目(mu)前比較常用(yong)的(de)鹽(yan)是由專(zhuan)業廠生產的(de)成品鹽(yan)，經加熱(re)熔化后直接使用(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(wu)論使用的(de)是哪(na)類鹽(yan)，最終都是依(yi)靠氰酸鹽(yan)的(de)氧化(hua)、分(fen)解來獲取(qu)活性(xing)氮原(yuan)子和活性(xing)碳原(yuan)子，即有如(ru)下的(de)基(ji)本(ben)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)原子［N]和活性(xing)碳(tan)原子［C]被(bei)工件表面吸收并(bing)向(xiang)內擴散，完成氮(dan)碳(tan)共滲過程。

液體氮碳共滲生(sheng)產過程(cheng)中的安全問題(ti)是一個需特殊(shu)說明的問題(ti)。

液體氮碳共滲生(sheng)產(chan)中，除(chu)注意熱處理生(sheng)產(chan)的常規(gui)安全(quan)規(gui)定外(wai)，還應特別注意以下(xia)各環節中可能產(chan)生(sheng)的安全(quan)、環保問題。

 ①. 鹽浴的熔化和調整

  氮碳共滲鹽浴(yu)熔化和調整時，應注意防止熔鹽的迸濺(jian)，特別是初(chu)次使用的熔鹽或凝固后重新開爐時，由于表(biao)面結(jie)殼，內部(bu)熔鹽突(tu)噴造成的傷害。

  鹽熔化時(shi)會產生廢氣，應抽(chou)風排出室外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴(yu)冷卻

  共滲鹽(yan)浴(yu)溫度高(gao)，氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)溫度低，在(zai)工件從(cong)共滲爐(lu)出(chu)爐(lu)入(ru)氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)爐(lu)冷卻時，要注意預冷，防止氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)的進濺和逸出(chu)。

 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(tan)共(gong)(gong)滲滲層質量常見(jian)(jian)的缺陷及(ji)預防措施見(jian)(jian)表7-9。不銹鋼(gang)液體氨碳(tan)共(gong)(gong)滲工(gong)藝(yi)及(ji)效(xiao)果見(jian)(jian)表7-10。