不銹(xiu)鋼(gang)氮碳共滲的主要目的是(shi)提(ti)高工(gong)件的表面硬度(du)、耐磨(mo)性(xing)能(neng)和耐疲(pi)勞性(xing)能(neng)（對于非不銹(xiu)鋼(gang)還有耐腐蝕性(xing)能(neng)）。

1. 氮碳(tan)共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)是同時向工(gong)件表面滲(shen)(shen)入氮(dan)和(he)碳(tan)。工(gong)件經氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)后，表面獲得(de)共(gong)滲(shen)(shen)組(zu)(zu)織(zhi)。因(yin)為(wei)處理溫(wen)度較(jiao)低（一般低于(yu)(yu)600℃),在(zai)(zai)這(zhe)個(ge)溫(wen)度范圍，氮(dan)在(zai)(zai)α相中的(de)(de)固溶量遠高于(yu)(yu)碳(tan)在(zai)(zai)α相中的(de)(de)固溶量，且(qie)氮(dan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)速度快于(yu)(yu)碳(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)速度，所以，在(zai)(zai)工(gong)件表面層(ceng)(ceng)，即化合(he)物(wu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)組(zu)(zu)織(zhi)是ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合(he)組(zu)(zu)織(zhi)，含氮(dan)約7.4%,含碳(tan)約1%.在(zai)(zai)表面層(ceng)(ceng)內部(bu)即擴(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)組(zu)(zu)織(zhi)基本是ε相（Fe2~3N)和(he)y相（Fe4N),氮(dan)的(de)(de)含量減少。不銹鋼的(de)(de)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)(shen)組(zu)(zu)織(zhi)中還含有鉻、鉬等合(he)金元素的(de)(de)氮(dan)化物(wu)。在(zai)(zai)共(gong)滲(shen)(shen)溫(wen)度，因(yin)碳(tan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)散(san)很慢，其只能以碳(tan)化物(wu)（如Fe3C)的(de)(de)形式存(cun)在(zai)(zai)于(yu)(yu)化合(he)物(wu)層(ceng)(ceng)中。

由于合金元素(su)的(de)影響，與碳(tan)鋼相(xiang)比，在相(xiang)同條件下(xia)不銹(xiu)鋼氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)層(ceng)硬度(du)更高，但滲(shen)層(ceng)深度(du)淺，硬度(du)變化梯度(du)大，見(jian)圖7-7。圖7-8是ZGCr28的(de)氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)組(zu)織圖。

2. 氣體氮碳共滲

 氣(qi)體氮碳(tan)共滲(shen)就是把工(gong)件(jian)放在含有可分(fen)解成氮原(yuan)子(zi)和(he)碳(tan)原(yuan)子(zi)氣(qi)氛的密閉設備中，在一(yi)定的壓力和(he)溫(wen)度(du)條件(jian)下(xia)完成氮碳(tan)共滲(shen)的處(chu)理方(fang)法。

 氣(qi)體氮碳共滲(shen)的介質常見有以(yi)下幾(ji)種:

  a. 混合氣體

    即(ji)氨氣(qi)中加入吸(xi)熱(re)式氣(qi)氛(fen)或放熱(re)式氣(qi)氛(fen)進行共滲。

   其(qi)中，吸熱式(shi)(shi)氣(qi)(qi)氛（RX)由乙醇、丙醇等裂解，或由烴類氣(qi)(qi)體(ti)制(zhi)(zhi)備而成(cheng)。吸熱式(shi)(shi)氣(qi)(qi)氛（RX)的(de)成(cheng)分控(kong)制(zhi)(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)(zhi)氣(qi)(qi)氛露點(dian)±0℃時(shi)，即可獲(huo)得(de)較理想的(de)共滲結果。

  氨氣(qi)中加入放熱性氣(qi)氛（NX)進行(xing)氮碳共滲時(shi)，放熱式(shi)氣(qi)氛成分控(kong)制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余為N20控(kong)制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱式(shi)氣(qi)氛中CO含量較(jiao)低(di)，在與(yu)氨氣(qi)混合進行(xing)共滲時(shi)，排(pai)出廢氣(qi)中的有毒(du)物質較(jiao)低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素(su)在500℃以上溫(wen)度熱解(jie)，分(fen)解(jie)成(cheng)活性氮原(yuan)子和(he)碳原(yuan)子滲入工件表面。

  c. 滴注式氣(qi)體共滲

   即將甲酰(xian)(xian)胺(an)、乙酰(xian)(xian)胺(an)、三乙醇胺(an)、尿(niao)素、甲醇、乙醇等以不同比例配制(zhi)成滴注(zhu)劑。滴入密(mi)封爐內，在一定的溫(wen)度條件下得到活性氮原(yuan)子和碳(tan)(tan)原(yuan)子滲入工(gong)件表面，完成氮碳(tan)(tan)共(gong)滲過(guo)程(cheng)。

  氣體氨(an)碳共滲(shen)的滲(shen)層深度(du)及(ji)表面硬度(du)與(yu)共滲(shen)溫(wen)度(du)、共滲(shen)時間都有一(yi)定(ding)的關系。這些因(yin)素影響的一(yi)般規(gui)律(lv)如下。

  共滲溫(wen)(wen)度的影(ying)響(xiang)：一般氣(qi)體氮碳共滲溫(wen)(wen)度在540~580℃,隨共滲溫(wen)(wen)度升高(gao)(gao)，滲層深度增加，表面硬度先隨溫(wen)(wen)度升高(gao)(gao)而(er)增高(gao)(gao)，在570℃左右時硬度最(zui)高(gao)(gao)，然(ran)后(hou)溫(wen)(wen)度再升高(gao)(gao)，硬度呈下(xia)降趨(qu)勢。

  共滲時間(jian)(jian)的影(ying)響：在40%NH3,吸熱(re)型(xing)氣(qi)氛60%,570℃共滲時，隨著時間(jian)(jian)的延長，共滲層深度(du)(du)、表面硬度(du)(du)均呈(cheng)增加(jia)的趨(qu)勢。

  氣體氮碳共滲工件可以空冷、油冷或水冷。冷卻速(su)度越快，變形越大(da)，但表面硬度和(he)抗疲勞強(qiang)度越高。

3. 液體氮碳共滲

液體氮(dan)(dan)碳共(gong)滲(shen)(shen)也稱(cheng)鹽浴(yu)氮(dan)(dan)碳共(gong)滲(shen)(shen)，即在含有活性(xing)氮(dan)(dan)原(yuan)子(zi)和活性(xing)碳原(yuan)子(zi)的熔鹽液中完成氮(dan)(dan)和碳滲(shen)(shen)入工(gong)件表面的過程。

早期(qi)的液體氨碳(tan)共滲用鹽(yan)(yan)(yan)主要(yao)是含有(you)NaCN和KCN的氰(qing)鹽(yan)(yan)(yan)。氯鹽(yan)(yan)(yan)熔化后經過氧化產生額酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)，再由氛酸(suan)鹽(yan)(yan)(yan)氧化或分解獲(huo)取活(huo)(huo)性氮原子［N]和活(huo)(huo)性碳(tan)原子［C]。

主要的(de)化學(xue)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(he)［C]滲人工件表面，從而完成氮(dan)碳共滲過程。

生產中用氰酸根CNO-的(de)濃度評定鹽浴活(huo)度，通過控制CNO-的(de)含(han)量來控制氮碳共(gong)滲層的(de)質量。

氰鹽鹽浴(yu)穩定性(xing)(xing)好，流(liu)動性(xing)(xing)也(ye)好，共滲質量穩定、效果好，但(dan)其毒性(xing)(xing)大，現(xian)已很少使用。

還有一種(zhong)以尿素和碳酸鹽為主(zhu)要原材料的(de)混合(he)鹽，加熱后產生化學(xue)反應生成(cheng)氰(qing)酸鹽：

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

再由(you)氰酸鹽氧(yang)化和(he)分(fen)解獲(huo)取活性(xing)氮原子和(he)活性(xing)碳(tan)原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種(zhong)混(hun)合鹽(yan)熔(rong)化(hua)時損耗(hao)大，污染(ran)嚴重，反應(ying)生成物中含有氰化(hua)物，有較大的毒性(xing)，而且，鹽(yan)浴穩定性(xing)差，鹽(yan)浴成分(fen)調(diao)整困難(nan)，已經逐漸減少(shao)使用。

目前比較常用(yong)的鹽(yan)是由(you)專業廠生產(chan)的成品鹽(yan)，經加熱熔化后(hou)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。

無論使用的是(shi)(shi)哪(na)類鹽，最終都(dou)是(shi)(shi)依靠(kao)氰酸(suan)鹽的氧化、分解來獲取活(huo)性氮原子和(he)活(huo)性碳(tan)原子，即有如下(xia)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(huo)性氮原子［N]和活(huo)性碳原子［C]被工件(jian)表面吸收并向內擴散，完成氮碳共滲過程。

液體(ti)氮碳共滲生產過(guo)程(cheng)中(zhong)的安(an)全(quan)問(wen)題(ti)是一個需特(te)殊(shu)說明的問(wen)題(ti)。

液體氮碳共(gong)滲生產(chan)中，除注(zhu)意熱處理生產(chan)的常(chang)規(gui)(gui)安全規(gui)(gui)定外，還應特別注(zhu)意以下各環節中可能(neng)產(chan)生的安全、環保問題。

 ①. 鹽浴的熔(rong)化(hua)和調整

  氮碳共滲鹽浴熔化(hua)和調整(zheng)時(shi)，應(ying)注意防止熔鹽的迸(beng)濺，特別是初(chu)次使用的熔鹽或凝固(gu)后重新開爐(lu)時(shi)，由于表(biao)面結殼，內部熔鹽突噴(pen)造(zao)成的傷害。

  鹽熔化時會產生廢氣，應抽風(feng)排出室外(wai)高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻

  共滲鹽(yan)浴溫(wen)(wen)度高，氧化(hua)鹽(yan)浴溫(wen)(wen)度低，在工件從(cong)共滲爐出爐入氧化(hua)鹽(yan)浴爐冷卻時，要(yao)注意預冷，防止氧化(hua)鹽(yan)浴的進濺和逸出。

 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(an)碳共滲滲層質量常見(jian)(jian)的缺陷(xian)及預防措施見(jian)(jian)表7-9。不銹鋼液體(ti)氨(an)碳共滲工藝及效果見(jian)(jian)表7-10。