不銹鋼氮碳共滲的主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性能和耐疲勞(lao)性能（對(dui)于(yu)非不銹鋼還有耐腐蝕性能）。

1. 氮碳共滲層的組織

 氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)滲(shen)是(shi)同(tong)時(shi)向工件表面(mian)(mian)滲(shen)入氮(dan)(dan)和碳(tan)。工件經(jing)氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)滲(shen)后，表面(mian)(mian)獲得共(gong)(gong)滲(shen)組(zu)(zu)織(zhi)。因(yin)為(wei)處理溫(wen)度(du)較低(di)（一(yi)般(ban)低(di)于(yu)600℃),在這個(ge)溫(wen)度(du)范圍，氮(dan)(dan)在α相中(zhong)的(de)固(gu)溶(rong)量遠高于(yu)碳(tan)在α相中(zhong)的(de)固(gu)溶(rong)量，且氮(dan)(dan)的(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)快于(yu)碳(tan)的(de)擴(kuo)散(san)速(su)度(du)，所以，在工件表面(mian)(mian)層(ceng)(ceng)，即化合(he)(he)(he)物層(ceng)(ceng)的(de)組(zu)(zu)織(zhi)是(shi)ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及(ji)Fe3C的(de)混合(he)(he)(he)組(zu)(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)約(yue)7.4%,含(han)碳(tan)約(yue)1%.在表面(mian)(mian)層(ceng)(ceng)內部即擴(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)組(zu)(zu)織(zhi)基(ji)本是(shi)ε相（Fe2~3N)和y相（Fe4N),氮(dan)(dan)的(de)含(han)量減少。不銹鋼的(de)氮(dan)(dan)碳(tan)共(gong)(gong)滲(shen)組(zu)(zu)織(zhi)中(zhong)還含(han)有鉻、鉬等合(he)(he)(he)金元素的(de)氮(dan)(dan)化物。在共(gong)(gong)滲(shen)溫(wen)度(du)，因(yin)碳(tan)的(de)擴(kuo)散(san)很(hen)慢，其只能以碳(tan)化物（如(ru)Fe3C)的(de)形式存(cun)在于(yu)化合(he)(he)(he)物層(ceng)(ceng)中(zhong)。

由于合金(jin)元素的影響(xiang)，與碳鋼相比，在相同條件下不銹鋼氮碳共(gong)滲層硬度(du)更(geng)高，但滲層深度(du)淺，硬度(du)變(bian)化梯(ti)度(du)大，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的氮碳共(gong)滲組織(zhi)圖。

2. 氣(qi)體氮碳共滲

 氣(qi)體(ti)氮碳共(gong)滲(shen)就是把工件(jian)放在(zai)含有可分解成氮原(yuan)子和(he)碳原(yuan)子氣(qi)氛的密閉設(she)備中，在(zai)一定的壓力和(he)溫度條件(jian)下完成氮碳共(gong)滲(shen)的處理方法。

 氣(qi)體氮碳共滲的(de)介質常見(jian)有以(yi)下幾(ji)種:

  a. 混合(he)氣體

    即氨氣中加入吸熱(re)式氣氛或放熱(re)式氣氛進行共滲。

   其(qi)中，吸熱式氣(qi)(qi)氛(fen)(fen)（RX)由乙醇、丙醇等(deng)裂解，或由烴類氣(qi)(qi)體制備(bei)而成。吸熱式氣(qi)(qi)氛(fen)(fen)（RX)的(de)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(qi)(qi)氛(fen)(fen)露(lu)點±0℃時，即(ji)可獲得較理想的(de)共滲結果(guo)。

  氨(an)氣(qi)中加(jia)入放熱(re)性(xing)氣(qi)氛(fen)(fen)（NX)進行(xing)氮碳(tan)共滲時(shi)(shi)，放熱(re)式氣(qi)氛(fen)(fen)成(cheng)分(fen)控制(zhi)為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為N20控制(zhi)NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱(re)式氣(qi)氛(fen)(fen)中CO含量較(jiao)低(di)(di)，在與(yu)氨(an)氣(qi)混合進行(xing)共滲時(shi)(shi)，排出廢氣(qi)中的(de)有毒物質較(jiao)低(di)(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素(su)在(zai)500℃以上溫度熱解，分(fen)解成活性(xing)氮原子(zi)和碳原子(zi)滲(shen)入工件表(biao)面。

  c. 滴(di)注式(shi)氣體共(gong)滲

   即將甲酰(xian)(xian)胺、乙(yi)酰(xian)(xian)胺、三乙(yi)醇(chun)胺、尿素、甲醇(chun)、乙(yi)醇(chun)等以不同比例配制成(cheng)(cheng)滴注劑。滴入密(mi)封爐內，在一定(ding)的溫度條件(jian)下得到活性氮原子和碳原子滲入工件(jian)表(biao)面，完成(cheng)(cheng)氮碳共滲過程。

  氣體氨碳共滲的(de)(de)滲層深(shen)度及表面(mian)硬(ying)度與(yu)共滲溫度、共滲時(shi)間都有一定的(de)(de)關系。這些因(yin)素影響的(de)(de)一般規律(lv)如下。

  共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)(du)的影響(xiang)：一般(ban)氣體氮(dan)碳共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)(du)在540~580℃,隨共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，滲(shen)(shen)層深度(du)(du)(du)增加(jia)，表面硬(ying)度(du)(du)(du)先(xian)隨溫度(du)(du)(du)升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)而增高(gao)(gao)，在570℃左右時硬(ying)度(du)(du)(du)最高(gao)(gao)，然后溫度(du)(du)(du)再升(sheng)(sheng)高(gao)(gao)，硬(ying)度(du)(du)(du)呈下降趨勢(shi)。

  共滲(shen)時間(jian)的(de)影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共滲(shen)時，隨著時間(jian)的(de)延長，共滲(shen)層深度(du)、表(biao)面硬度(du)均呈增(zeng)加的(de)趨(qu)勢。

  氣(qi)體氮碳共滲(shen)工件可以空冷(leng)、油冷(leng)或水(shui)冷(leng)。冷(leng)卻(que)速度(du)越快，變形越大，但(dan)表面(mian)硬度(du)和抗疲勞強度(du)越高(gao)。

3. 液體氮(dan)碳共滲(shen)

液(ye)體(ti)氮碳(tan)(tan)共滲也稱鹽(yan)浴氮碳(tan)(tan)共滲，即在含有活性氮原子和活性碳(tan)(tan)原子的熔鹽(yan)液(ye)中完成(cheng)氮和碳(tan)(tan)滲入工(gong)件表面(mian)的過程。

早期的液體氨碳共(gong)滲用鹽(yan)主要是含有NaCN和KCN的氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化(hua)(hua)后經過氧(yang)(yang)化(hua)(hua)產生額酸鹽(yan)，再由氛酸鹽(yan)氧(yang)(yang)化(hua)(hua)或分解獲取(qu)活性氮(dan)原(yuan)子［N]和活性碳原(yuan)子［C]。

主要(yao)的化(hua)學反(fan)應有(you)：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也是(shi)由上述反應獲(huo)取的［N]和［C]滲人工件表面，從(cong)而完成氮碳共滲過程。

生產中(zhong)用(yong)氰酸根CNO-的(de)濃(nong)度(du)評(ping)定鹽浴活度(du)，通過控(kong)制(zhi)CNO-的(de)含量(liang)來控(kong)制(zhi)氮碳共滲層的(de)質量(liang)。

氰(qing)鹽鹽浴穩(wen)定(ding)性好，流動性也好，共滲質量穩(wen)定(ding)、效果好，但其毒性大，現已很少使用。

還有一(yi)種(zhong)以尿素(su)和碳酸(suan)鹽(yan)(yan)為主(zhu)要原材料的(de)混合鹽(yan)(yan)，加(jia)熱后產生化學反應生成(cheng)氰酸(suan)鹽(yan)(yan)：

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

再由氰酸鹽(yan)氧化和(he)分解獲取活(huo)性氮原(yuan)子和(he)活(huo)性碳原(yuan)子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合鹽(yan)熔化(hua)時損耗大，污染(ran)嚴重，反應生成物中(zhong)含(han)有氰化(hua)物，有較大的毒性，而且，鹽(yan)浴穩定(ding)性差，鹽(yan)浴成分調整困難，已(yi)經逐漸減少使用。

目(mu)前比較常用的鹽是(shi)由專(zhuan)業廠生產(chan)的成(cheng)品鹽，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。

無論使用的是哪(na)類鹽(yan)，最(zui)終都是依靠氰酸鹽(yan)的氧化、分解(jie)來獲取活(huo)性氮原(yuan)子和活(huo)性碳原(yuan)子，即(ji)有如下的基本反應

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活性(xing)氮(dan)原(yuan)子(zi)［N]和活性(xing)碳(tan)原(yuan)子(zi)［C]被(bei)工件表面吸收并(bing)向內(nei)擴散，完(wan)成(cheng)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲過程。

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

液(ye)體(ti)氮(dan)碳共滲生(sheng)產中，除注意熱處理生(sheng)產的常規(gui)安(an)全(quan)規(gui)定外，還應特別注意以(yi)下(xia)各環節(jie)中可能產生(sheng)的安(an)全(quan)、環保問(wen)題(ti)。

 ①. 鹽(yan)浴(yu)的熔(rong)化和調整

  氮(dan)碳共滲(shen)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)浴熔(rong)(rong)化(hua)和調整時，應注意防止熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)的(de)迸濺(jian)，特別是(shi)初次使(shi)用的(de)熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)或凝固(gu)后重新開爐(lu)時，由(you)于(yu)表面結殼(ke)，內部熔(rong)(rong)鹽(yan)(yan)(yan)(yan)突噴造成(cheng)的(de)傷害。

  鹽熔化時(shi)會產生廢氣，應抽風排出室外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻

  共滲(shen)鹽(yan)浴(yu)溫度(du)高，氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)溫度(du)低，在工(gong)件從共滲(shen)爐(lu)(lu)出(chu)爐(lu)(lu)入氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)爐(lu)(lu)冷卻(que)時，要注意(yi)預(yu)冷，防止氧(yang)(yang)化鹽(yan)浴(yu)的(de)進濺和逸出(chu)。

 ③. 清洗用水的處理

 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(ti)氨碳(tan)共滲滲層質量常見的缺陷及預防措施見表7-9。不銹鋼液體(ti)氨碳(tan)共滲工藝及效果(guo)見表7-10。