不銹鋼氮碳共(gong)滲的(de)主要目的(de)是提(ti)高工件(jian)的(de)表面硬度、耐磨性(xing)能(neng)和耐疲勞性(xing)能(neng)（對(dui)于非不銹鋼還有(you)耐腐蝕(shi)性(xing)能(neng)）。

1. 氮碳共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)是同時向工件(jian)表面(mian)滲(shen)入氮(dan)(dan)和(he)碳(tan)(tan)。工件(jian)經氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)后，表面(mian)獲得共(gong)滲(shen)組(zu)織(zhi)。因為處理溫度較低（一般低于600℃),在(zai)(zai)這個(ge)溫度范圍，氮(dan)(dan)在(zai)(zai)α相(xiang)中的(de)固溶(rong)(rong)量遠高(gao)于碳(tan)(tan)在(zai)(zai)α相(xiang)中的(de)固溶(rong)(rong)量，且氮(dan)(dan)的(de)擴(kuo)散(san)速度快(kuai)于碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)散(san)速度，所以，在(zai)(zai)工件(jian)表面(mian)層(ceng)，即(ji)化合(he)(he)物(wu)(wu)層(ceng)的(de)組(zu)織(zhi)是ε相(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)混(hun)合(he)(he)組(zu)織(zhi)，含(han)氮(dan)(dan)約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)約1%.在(zai)(zai)表面(mian)層(ceng)內部即(ji)擴(kuo)散(san)層(ceng)組(zu)織(zhi)基本是ε相(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)的(de)含(han)量減少。不銹鋼的(de)氮(dan)(dan)碳(tan)(tan)共(gong)滲(shen)組(zu)織(zhi)中還含(han)有(you)鉻、鉬等合(he)(he)金元素的(de)氮(dan)(dan)化物(wu)(wu)。在(zai)(zai)共(gong)滲(shen)溫度，因碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)散(san)很慢，其只能以碳(tan)(tan)化物(wu)(wu)（如Fe3C)的(de)形(xing)式(shi)存(cun)在(zai)(zai)于化合(he)(he)物(wu)(wu)層(ceng)中。

由(you)于(yu)合金元素的(de)影(ying)響，與碳(tan)鋼(gang)相比，在相同條(tiao)件下(xia)不銹鋼(gang)氮碳(tan)共滲層硬度(du)(du)更高，但滲層深度(du)(du)淺，硬度(du)(du)變化梯(ti)度(du)(du)大(da)，見(jian)圖7-7。圖7-8是(shi)ZGCr28的(de)氮碳(tan)共滲組織圖。

2. 氣(qi)體氮碳(tan)共滲

 氣(qi)體氮(dan)碳共滲就是把工件放在含有可分(fen)解成氮(dan)原子和碳原子氣(qi)氛(fen)的密閉設備(bei)中，在一定的壓力(li)和溫(wen)度(du)條件下完成氮(dan)碳共滲的處理方法。

 氣(qi)體氮碳(tan)共滲的介(jie)質常見有以下幾種(zhong):

  a. 混合(he)氣體

    即(ji)氨氣(qi)中(zhong)加(jia)入(ru)吸熱式氣(qi)氛或放(fang)熱式氣(qi)氛進行共滲。

   其中，吸熱式氣(qi)氛(fen)（RX)由(you)乙醇、丙醇等裂解，或由(you)烴類氣(qi)體(ti)制備而成。吸熱式氣(qi)氛(fen)（RX)的成分(fen)控(kong)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(kong)制氣(qi)氛(fen)露點±0℃時，即(ji)可(ke)獲(huo)得(de)較(jiao)理想的共(gong)滲結果。

  氨(an)氣(qi)中(zhong)加(jia)入放(fang)熱(re)性氣(qi)氛(fen)(fen)（NX)進行氮(dan)碳(tan)共(gong)滲(shen)時，放(fang)熱(re)式(shi)(shi)氣(qi)氛(fen)(fen)成分控制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放(fang)熱(re)式(shi)(shi)氣(qi)氛(fen)(fen)中(zhong)CO含(han)量較低(di)，在與氨(an)氣(qi)混合(he)進行共(gong)滲(shen)時，排出廢氣(qi)中(zhong)的有毒物質較低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在(zai)500℃以(yi)上溫度熱解，分解成活性氮原子(zi)和碳原子(zi)滲入工件(jian)表面。

  c. 滴(di)注式氣體共滲

   即(ji)將甲酰胺(an)(an)、乙酰胺(an)(an)、三乙醇(chun)(chun)胺(an)(an)、尿素、甲醇(chun)(chun)、乙醇(chun)(chun)等以不同(tong)比(bi)例配制成滴注(zhu)劑。滴入密封爐內，在一定的溫(wen)度條件下得到活性氮(dan)原(yuan)子和碳原(yuan)子滲入工件表面，完(wan)成氮(dan)碳共滲過程。

  氣體氨碳共滲(shen)(shen)的滲(shen)(shen)層深度及表面硬度與(yu)共滲(shen)(shen)溫度、共滲(shen)(shen)時間(jian)都有一(yi)定的關系。這些因(yin)素(su)影響(xiang)的一(yi)般規律如下。

  共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)的影(ying)響：一(yi)般氣(qi)體氮碳共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)在540~580℃,隨共滲(shen)溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao)，滲(shen)層(ceng)深度(du)(du)(du)(du)(du)增(zeng)加，表面硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)先(xian)隨溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)升高(gao)而增(zeng)高(gao)，在570℃左右時硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)最高(gao)，然后溫(wen)度(du)(du)(du)(du)(du)再升高(gao)，硬(ying)度(du)(du)(du)(du)(du)呈下降趨勢。

  共滲(shen)時(shi)間的(de)影(ying)響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共滲(shen)時(shi)，隨著時(shi)間的(de)延(yan)長(chang)，共滲(shen)層深度(du)、表面硬度(du)均(jun)呈(cheng)增加的(de)趨勢。

  氣體氮碳共滲(shen)工(gong)件可(ke)以空冷(leng)、油冷(leng)或(huo)水(shui)冷(leng)。冷(leng)卻(que)速度越快，變形越大，但(dan)表面硬(ying)度和抗疲勞強度越高。

3. 液體氮碳(tan)共滲

液(ye)體氮(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲也稱鹽(yan)浴(yu)氮(dan)碳(tan)(tan)(tan)共滲，即在(zai)含(han)有活性氮(dan)原子和活性碳(tan)(tan)(tan)原子的(de)熔(rong)鹽(yan)液(ye)中完成氮(dan)和碳(tan)(tan)(tan)滲入(ru)工件表面(mian)的(de)過程。

早(zao)期的液(ye)體氨碳(tan)共滲用鹽(yan)主要(yao)是含有NaCN和(he)KCN的氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化后經過氧(yang)化產生額酸(suan)鹽(yan)，再由氛酸(suan)鹽(yan)氧(yang)化或(huo)分解獲取活性氮原子［N]和(he)活性碳(tan)原子［C]。

主要的化學反應有：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也(ye)是由上(shang)述(shu)反應(ying)獲取的［N]和［C]滲(shen)人(ren)工(gong)件表(biao)面，從(cong)而完成氮碳共滲(shen)過(guo)程。

生產(chan)中用氰酸根CNO-的(de)濃(nong)度評定鹽浴活度，通(tong)過控(kong)制CNO-的(de)含量來控(kong)制氮碳共滲層的(de)質(zhi)量。

氰鹽(yan)鹽(yan)浴穩定性(xing)(xing)(xing)好，流動(dong)性(xing)(xing)(xing)也好，共滲質量穩定、效果(guo)好，但其毒性(xing)(xing)(xing)大，現(xian)已很少使用。

還有一種以尿素和碳酸鹽為主要原(yuan)材料的混合鹽，加熱后產生化學反(fan)應生成氰酸鹽：

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

再由氰酸(suan)鹽(yan)氧化和分(fen)解獲(huo)取活性氮原(yuan)子(zi)和活性碳原(yuan)子(zi)：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混(hun)合鹽(yan)熔化(hua)(hua)時損(sun)耗大，污(wu)染嚴重，反應生(sheng)成(cheng)物(wu)中(zhong)含(han)有氰化(hua)(hua)物(wu)，有較(jiao)大的(de)毒性(xing)，而且(qie)，鹽(yan)浴穩(wen)定(ding)性(xing)差(cha)，鹽(yan)浴成(cheng)分調整困難(nan)，已經逐漸減少(shao)使用。

目(mu)前(qian)比(bi)較常(chang)用的鹽(yan)是由專業廠(chang)生產的成品鹽(yan)，經加熱熔(rong)化后直(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(wu)論(lun)使用的是哪類(lei)鹽(yan)，最終(zhong)都是依靠氰酸鹽(yan)的氧化(hua)、分解來獲取活(huo)性(xing)氮原子(zi)和活(huo)性(xing)碳原子(zi)，即有如下的基本反應

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活性氮(dan)原(yuan)子(zi)［N]和活性碳原(yuan)子(zi)［C]被工(gong)件表面吸收并向內擴散，完成氮(dan)碳共滲過程。

液體氮碳(tan)共滲生產(chan)過(guo)程中的安全(quan)問題是(shi)一個需特(te)殊說明的問題。

液體氮碳共滲生(sheng)產(chan)(chan)中，除注意熱處理生(sheng)產(chan)(chan)的常(chang)規安(an)(an)全規定(ding)外，還應特別注意以下各(ge)環節中可能產(chan)(chan)生(sheng)的安(an)(an)全、環保問題。

 ①. 鹽浴的熔化和(he)調整

  氮碳共滲鹽浴熔化(hua)和調(diao)整時(shi)，應(ying)注意防(fang)止熔鹽的(de)迸濺，特別是初次使用的(de)熔鹽或凝(ning)固(gu)后重新開爐時(shi)，由于表面結殼，內部熔鹽突噴造成的(de)傷(shang)害。

  鹽熔(rong)化時會產(chan)生廢氣(qi)，應抽風排(pai)出室外高(gao)空中。

 ②. 用(yong)氧化鹽浴(yu)冷卻(que)

  共滲鹽(yan)浴(yu)溫度高，氧化(hua)鹽(yan)浴(yu)溫度低，在(zai)工件從共滲爐(lu)(lu)(lu)出(chu)爐(lu)(lu)(lu)入氧化(hua)鹽(yan)浴(yu)爐(lu)(lu)(lu)冷(leng)卻(que)時，要注意預(yu)冷(leng)，防止氧化(hua)鹽(yan)浴(yu)的進濺和逸(yi)出(chu)。

 ③. 清洗用(yong)水(shui)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(ti)氨(an)(an)碳共(gong)(gong)滲滲層質量常(chang)見的(de)缺(que)陷及預防措施見表7-9。不銹鋼(gang)液(ye)(ye)體(ti)氨(an)(an)碳共(gong)(gong)滲工(gong)藝及效果(guo)見表7-10。