不(bu)銹鋼(gang)氮碳共(gong)滲的主(zhu)要目的是提(ti)高工(gong)件的表面(mian)硬度、耐磨性能(neng)(neng)和(he)耐疲勞性能(neng)(neng)（對于非不(bu)銹鋼(gang)還有耐腐蝕性能(neng)(neng)）。

1. 氮碳(tan)共滲層(ceng)的組織

 氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)碳共(gong)(gong)(gong)滲(shen)是同時向工件表(biao)面(mian)滲(shen)入氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)和(he)碳。工件經氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)碳共(gong)(gong)(gong)滲(shen)后，表(biao)面(mian)獲(huo)得共(gong)(gong)(gong)滲(shen)組(zu)織。因為處理溫(wen)(wen)度(du)(du)較低(di)（一般低(di)于(yu)600℃),在(zai)這個溫(wen)(wen)度(du)(du)范圍，氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中的(de)(de)固(gu)溶(rong)量遠高于(yu)碳在(zai)α相(xiang)(xiang)中的(de)(de)固(gu)溶(rong)量，且(qie)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)速度(du)(du)快于(yu)碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)速度(du)(du)，所以，在(zai)工件表(biao)面(mian)層(ceng)(ceng)，即化(hua)合(he)物(wu)層(ceng)(ceng)的(de)(de)組(zu)織是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合(he)組(zu)織，含氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)約(yue)7.4%,含碳約(yue)1%.在(zai)表(biao)面(mian)層(ceng)(ceng)內部(bu)即擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)層(ceng)(ceng)組(zu)織基本是ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和(he)y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)的(de)(de)含量減少。不銹(xiu)鋼(gang)的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)碳共(gong)(gong)(gong)滲(shen)組(zu)織中還含有鉻、鉬等(deng)合(he)金(jin)元素的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)(dan)(dan)化(hua)物(wu)。在(zai)共(gong)(gong)(gong)滲(shen)溫(wen)(wen)度(du)(du)，因碳的(de)(de)擴(kuo)(kuo)(kuo)散(san)很慢(man)，其只(zhi)能以碳化(hua)物(wu)（如Fe3C)的(de)(de)形式存在(zai)于(yu)化(hua)合(he)物(wu)層(ceng)(ceng)中。

由于(yu)合金元素(su)的影(ying)響(xiang)，與(yu)碳鋼相比，在相同(tong)條件下(xia)不銹鋼氮(dan)碳共滲(shen)層硬度(du)更(geng)高(gao)，但(dan)滲(shen)層深(shen)度(du)淺，硬度(du)變化梯度(du)大，見圖7-7。圖7-8是(shi)ZGCr28的氮(dan)碳共滲(shen)組(zu)織圖。

2. 氣體氮碳(tan)共滲

 氣體氮碳共(gong)滲(shen)就是把工件放在含有可分解成(cheng)氮原(yuan)子和碳原(yuan)子氣氛的(de)密閉設備(bei)中，在一定(ding)的(de)壓力和溫度(du)條件下完成(cheng)氮碳共(gong)滲(shen)的(de)處理方法。

 氣體(ti)氮碳共滲的(de)介質(zhi)常見有以(yi)下幾種:

  a. 混(hun)合氣體

    即氨(an)氣中加入吸(xi)熱式氣氛(fen)或放熱式氣氛(fen)進(jin)行共滲(shen)。

   其(qi)中，吸熱式(shi)氣氛(fen)（RX)由乙醇、丙醇等(deng)裂解，或由烴(jing)類(lei)氣體制備而成。吸熱式(shi)氣氛(fen)（RX)的(de)成分控制為(wei)(wei)：H2為(wei)(wei)32%~40%,CO為(wei)(wei)20%~24%,CO2≤1%,N2為(wei)(wei)38%~43%.當NH:RX~1:1,控制氣氛(fen)露(lu)點±0℃時，即可(ke)獲(huo)得較理想的(de)共滲結(jie)果。

  氨氣(qi)中(zhong)加入放(fang)(fang)熱性氣(qi)氛(fen)（NX)進行(xing)氮碳共滲時(shi)，放(fang)(fang)熱式氣(qi)氛(fen)成分控制為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為(wei)N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由(you)于放(fang)(fang)熱式氣(qi)氛(fen)中(zhong)CO含量較低(di)，在與氨氣(qi)混(hun)合(he)進行(xing)共滲時(shi)，排出廢氣(qi)中(zhong)的有毒物(wu)質(zhi)較低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以(yi)上溫(wen)度熱解，分解成(cheng)活性氮原子(zi)和碳原子(zi)滲(shen)入工(gong)件(jian)表(biao)面。

  c. 滴注式氣體共滲

   即將甲酰(xian)胺、乙酰(xian)胺、三乙醇胺、尿素、甲醇、乙醇等以不同(tong)比例配(pei)制成滴(di)注劑。滴(di)入密(mi)封爐內(nei)，在一定的溫度條件(jian)下(xia)得到活性(xing)氮原(yuan)子和碳(tan)原(yuan)子滲入工(gong)件(jian)表(biao)面(mian)，完成氮碳(tan)共滲過程。

  氣(qi)體氨碳(tan)共(gong)滲的滲層(ceng)深度(du)及(ji)表面(mian)硬(ying)度(du)與共(gong)滲溫度(du)、共(gong)滲時間都有一定的關系(xi)。這些因素影響的一般規律如(ru)下(xia)。

  共滲溫度(du)的影(ying)響：一般(ban)氣體氮(dan)碳(tan)共滲溫度(du)在(zai)540~580℃,隨共滲溫度(du)升高，滲層深度(du)增加，表(biao)面硬度(du)先(xian)隨溫度(du)升高而增高，在(zai)570℃左右時硬度(du)最高，然后溫度(du)再(zai)升高，硬度(du)呈下降趨勢。

  共(gong)滲(shen)時(shi)間的(de)(de)影響：在(zai)40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共(gong)滲(shen)時(shi)，隨著時(shi)間的(de)(de)延長，共(gong)滲(shen)層深度、表面硬度均呈增加的(de)(de)趨(qu)勢。

  氣體(ti)氮碳共滲工件可(ke)以空(kong)冷、油(you)冷或水冷。冷卻速度越快，變形越大，但表面硬度和抗(kang)疲(pi)勞(lao)強度越高。

3. 液體氮碳共(gong)滲

液(ye)體氮碳(tan)共滲也稱鹽(yan)浴氮碳(tan)共滲，即在(zai)含有活性(xing)氮原子和活性(xing)碳(tan)原子的熔(rong)鹽(yan)液(ye)中完成(cheng)氮和碳(tan)滲入工(gong)件表面的過程。

早期的液體氨碳共(gong)滲用鹽主要是含有NaCN和(he)KCN的氰鹽。氯鹽熔化后經過(guo)氧(yang)化產生額(e)酸鹽，再由氛酸鹽氧(yang)化或分解(jie)獲取活性氮原子(zi)［N]和(he)活性碳原子(zi)［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(shi)由上述(shu)反應(ying)獲取的［N]和［C]滲人工件表面，從而完成氮碳共滲過(guo)程。

生產中用氰酸根CNO-的(de)濃(nong)度評定鹽浴活度，通過控(kong)制CNO-的(de)含量來控(kong)制氮(dan)碳共(gong)滲層的(de)質量。

氰鹽(yan)鹽(yan)浴穩定性好(hao)，流動性也(ye)好(hao)，共滲質量穩定、效果好(hao)，但其毒(du)性大，現已很少使(shi)用。

還有(you)一種以(yi)尿素(su)和(he)碳酸鹽(yan)為主要原材(cai)料的(de)混合鹽(yan)，加熱后產生化學反(fan)應生成氰酸鹽(yan)：

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

再由(you)氰酸(suan)鹽氧化和分解獲取(qu)活(huo)性氮原(yuan)子和活(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)熔化時(shi)損(sun)耗大(da)，污染嚴重，反應生(sheng)成物(wu)中含有氰(qing)化物(wu)，有較(jiao)大(da)的毒(du)性，而(er)且，鹽(yan)浴(yu)穩定性差，鹽(yan)浴(yu)成分調整困難，已經逐漸(jian)減少使用。

目前比(bi)較常(chang)用的(de)鹽是由專業廠生產的(de)成品鹽，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(de)是哪類鹽，最終都是依靠氰酸(suan)鹽的(de)氧(yang)化、分(fen)解來(lai)獲取活性氮原子和活性碳原子，即(ji)有如下的(de)基本反(fan)應

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活(huo)性(xing)氮(dan)(dan)原子［N]和(he)活(huo)性(xing)碳原子［C]被工件(jian)表面吸(xi)收并向(xiang)內擴(kuo)散，完成氮(dan)(dan)碳共滲過程。

液體氮(dan)碳共滲生產(chan)過程中的(de)安全問(wen)(wen)題是一個需特殊說(shuo)明的(de)問(wen)(wen)題。

液體氮碳共滲(shen)生(sheng)產(chan)(chan)中，除注意熱處(chu)理生(sheng)產(chan)(chan)的常規(gui)安全規(gui)定(ding)外(wai)，還應特別注意以下各(ge)環節中可能產(chan)(chan)生(sheng)的安全、環保問題。

 ①. 鹽浴(yu)的(de)熔化和(he)調(diao)整

  氮碳共滲鹽(yan)浴熔化和調整時，應注(zhu)意防止熔鹽(yan)的迸濺，特別(bie)是初次使用的熔鹽(yan)或(huo)凝固(gu)后重新開爐時，由于表面結殼，內部熔鹽(yan)突噴(pen)造(zao)成的傷害。

  鹽熔化時(shi)會(hui)產生廢氣，應抽(chou)風排出室(shi)外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷(leng)卻

  共滲鹽(yan)浴溫度高(gao)，氧化(hua)鹽(yan)浴溫度低，在工件從共滲爐出(chu)爐入氧化(hua)鹽(yan)浴爐冷卻時，要注意預冷，防止氧化(hua)鹽(yan)浴的進濺和逸出(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(ceng)質量常見(jian)的缺陷及預(yu)防措施見(jian)表7-9。不銹鋼液體(ti)氨碳(tan)共滲工藝及效果見(jian)表7-10。