不銹(xiu)鋼氮(dan)碳共滲的(de)主(zhu)要目的(de)是提(ti)高工件(jian)的(de)表面硬度、耐(nai)磨(mo)性(xing)(xing)能(neng)和(he)耐(nai)疲勞性(xing)(xing)能(neng)（對于(yu)非(fei)不銹(xiu)鋼還有耐(nai)腐(fu)蝕性(xing)(xing)能(neng)）。

1. 氮碳共滲層的組織

 氮碳(tan)(tan)共滲(shen)是(shi)同(tong)時向工(gong)件(jian)表面滲(shen)入氮和碳(tan)(tan)。工(gong)件(jian)經氮碳(tan)(tan)共滲(shen)后，表面獲得(de)共滲(shen)組(zu)織(zhi)(zhi)。因為處(chu)理溫度較低（一(yi)般低于600℃),在(zai)這個溫度范圍(wei)，氮在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)固溶(rong)量遠高于碳(tan)(tan)在(zai)α相(xiang)(xiang)中(zhong)(zhong)的(de)固溶(rong)量，且(qie)氮的(de)擴(kuo)散速度快于碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)散速度，所以，在(zai)工(gong)件(jian)表面層(ceng)，即化合物(wu)層(ceng)的(de)組(zu)織(zhi)(zhi)是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)混(hun)合組(zu)織(zhi)(zhi)，含(han)氮約7.4%,含(han)碳(tan)(tan)約1%.在(zai)表面層(ceng)內部(bu)即擴(kuo)散層(ceng)組(zu)織(zhi)(zhi)基本是(shi)ε相(xiang)(xiang)（Fe2~3N)和y相(xiang)(xiang)（Fe4N),氮的(de)含(han)量減(jian)少(shao)。不銹鋼(gang)的(de)氮碳(tan)(tan)共滲(shen)組(zu)織(zhi)(zhi)中(zhong)(zhong)還含(han)有鉻、鉬等合金元素的(de)氮化物(wu)。在(zai)共滲(shen)溫度，因碳(tan)(tan)的(de)擴(kuo)散很(hen)慢(man)，其只(zhi)能以碳(tan)(tan)化物(wu)（如Fe3C)的(de)形式存在(zai)于化合物(wu)層(ceng)中(zhong)(zhong)。

由于合金元素的影響，與碳鋼相(xiang)比，在相(xiang)同條(tiao)件下不銹鋼氮(dan)(dan)碳共滲(shen)層硬度(du)(du)更高，但滲(shen)層深度(du)(du)淺，硬度(du)(du)變化梯度(du)(du)大，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的氮(dan)(dan)碳共滲(shen)組織圖。

2. 氣(qi)體氮碳共滲

 氣(qi)體(ti)氮(dan)碳共滲(shen)就(jiu)是(shi)把工件放在(zai)含有可分解成(cheng)氮(dan)原(yuan)(yuan)子(zi)和碳原(yuan)(yuan)子(zi)氣(qi)氛(fen)的密(mi)閉設備中，在(zai)一定的壓力(li)和溫(wen)度條件下完(wan)成(cheng)氮(dan)碳共滲(shen)的處理方法。

 氣體氮碳共(gong)滲的介質常見有以下幾種:

  a. 混合(he)氣體

    即氨氣中加入吸熱(re)式氣氛或(huo)放熱(re)式氣氛進(jin)行(xing)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(jing)類氣(qi)體制備而成。吸熱式氣(qi)氛(fen)（RX)的成分(fen)控制為：H2為32%~40%,CO為20%~24%,CO2≤1%,N2為38%~43%.當NH:RX~1:1,控制氣(qi)氛(fen)露點±0℃時(shi)，即可(ke)獲得較(jiao)理想的共(gong)滲結果。

  氨氣中加入放熱性氣氛（NX)進行氮(dan)碳共(gong)滲(shen)時，放熱式(shi)氣氛成(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).由于放熱式(shi)氣氛中CO含量較低(di)，在(zai)與氨氣混合進行共(gong)滲(shen)時，排出廢氣中的有毒物質(zhi)較低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素(su)在500℃以上(shang)溫(wen)度熱(re)解，分解成活性氮原子(zi)和碳原子(zi)滲入(ru)工件表(biao)面。

  c. 滴注(zhu)式(shi)氣體共滲

   即(ji)將(jiang)甲酰胺、乙酰胺、三(san)乙醇(chun)胺、尿素、甲醇(chun)、乙醇(chun)等以不(bu)同比(bi)例(li)配制成滴注(zhu)劑。滴入密封爐內，在一(yi)定的溫度條件(jian)下得到(dao)活性氮(dan)原子(zi)和碳原子(zi)滲(shen)入工件(jian)表(biao)面(mian)，完成氮(dan)碳共滲(shen)過程。

  氣體(ti)氨碳共滲(shen)的滲(shen)層深度及(ji)表面硬度與共滲(shen)溫度、共滲(shen)時間都有一(yi)定的關(guan)系。這些(xie)因素影(ying)響的一(yi)般規律(lv)如(ru)下。

  共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)的(de)影(ying)響：一般氣體(ti)氮碳共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)在540~580℃,隨(sui)共滲(shen)(shen)溫度(du)(du)升(sheng)高，滲(shen)(shen)層深(shen)度(du)(du)增加，表(biao)面硬度(du)(du)先隨(sui)溫度(du)(du)升(sheng)高而增高，在570℃左右時硬度(du)(du)最高，然后溫度(du)(du)再升(sheng)高，硬度(du)(du)呈下降趨(qu)勢。

  共(gong)(gong)滲(shen)時(shi)間的影響：在40%NH3,吸(xi)熱型氣(qi)氛60%,570℃共(gong)(gong)滲(shen)時(shi)，隨著時(shi)間的延長，共(gong)(gong)滲(shen)層(ceng)深(shen)度、表(biao)面硬度均呈增加的趨勢(shi)。

  氣體氮碳共滲工件可(ke)以空冷(leng)、油冷(leng)或水冷(leng)。冷(leng)卻速度越快，變形越大，但表面硬(ying)度和抗疲(pi)勞(lao)強度越高。

3. 液體氮碳共滲

液(ye)(ye)體氮(dan)碳共滲也(ye)稱鹽浴氮(dan)碳共滲，即在含有活(huo)性氮(dan)原子(zi)和活(huo)性碳原子(zi)的熔鹽液(ye)(ye)中完成氮(dan)和碳滲入工件表面(mian)的過程。

早期的液(ye)體氨碳共滲用鹽(yan)主要(yao)是含有NaCN和KCN的氰鹽(yan)。氯鹽(yan)熔化(hua)后經過(guo)氧化(hua)產生額(e)酸鹽(yan)，再由氛酸鹽(yan)氧化(hua)或分解獲取(qu)活性氮原子(zi)［N]和活性碳原子(zi)［C]。

主要的化學反應有(you)：

2NaCN+O₂=2NaCNO

2NaCNO+O₂=Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N]+2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

KCN也是由上述(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(cheng)。

生產中用氰酸根CNO-的(de)濃度評(ping)定鹽浴(yu)活(huo)度，通過控制CNO-的(de)含量來控制氮碳共滲層的(de)質量。

氰鹽(yan)鹽(yan)浴穩定性(xing)好(hao)，流動(dong)性(xing)也好(hao)，共滲質量穩定、效果好(hao)，但其(qi)毒性(xing)大，現已很少使用(yong)。

還有一種(zhong)以(yi)尿(niao)素和碳酸(suan)鹽為主(zhu)要原材(cai)料(liao)的混合鹽，加熱后產生(sheng)化學反應生(sheng)成氰(qing)酸(suan)鹽：

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

再(zai)由氰酸鹽氧化和分解獲(huo)取活(huo)性(xing)氮原(yuan)子和活(huo)性(xing)碳原(yuan)子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種(zhong)混合鹽熔化時損耗大，污染嚴重，反應生(sheng)成物中含有氰化物，有較大的毒(du)性，而(er)且，鹽浴穩定性差，鹽浴成分調整困(kun)難，已經(jing)逐(zhu)漸(jian)減少使用。

目前比較常用的鹽是由專業廠生(sheng)產的成(cheng)品鹽，經(jing)加熱熔化(hua)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(zhong)都是依靠氰(qing)酸鹽(yan)的氧化、分(fen)解來獲取活性(xing)(xing)氮原子和活性(xing)(xing)碳原子，即有(you)如下的基本(ben)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(xing)氮原子［N]和活(huo)性(xing)碳(tan)原子［C]被工件表面(mian)吸收(shou)并(bing)向內擴散(san)，完成氮碳(tan)共滲(shen)過程。

液體氮(dan)碳共滲生產過程(cheng)中的安全(quan)問題是(shi)一個需特殊說明的問題。

液體氮碳共滲生(sheng)產中，除注(zhu)意熱處(chu)理生(sheng)產的常規安(an)全(quan)規定外，還應特別注(zhu)意以下各環節中可能產生(sheng)的安(an)全(quan)、環保問(wen)題(ti)。

 ①. 鹽浴(yu)的熔化和調整

  氮(dan)碳共滲鹽(yan)(yan)浴熔(rong)化和調整時，應注意防止熔(rong)鹽(yan)(yan)的迸濺，特別(bie)是初(chu)次使用的熔(rong)鹽(yan)(yan)或凝固后重新開爐時，由于(yu)表(biao)面結殼，內部熔(rong)鹽(yan)(yan)突噴造成的傷(shang)害。

  鹽熔化時會產(chan)生廢氣，應抽風排出(chu)室外高空(kong)中。

 ②. 用氧化鹽(yan)浴冷(leng)卻

  共滲鹽浴溫度(du)高，氧化鹽浴溫度(du)低，在工件從共滲爐出(chu)爐入氧化鹽浴爐冷(leng)卻(que)時，要注意預冷(leng)，防止氧化鹽浴的進(jin)濺和逸出(chu)。

 ③. 清洗用水(shui)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)滲(shen)滲(shen)層質量常見的缺陷及預防(fang)措(cuo)施見表7-9。不銹鋼液體氨碳(tan)共(gong)滲(shen)工(gong)藝(yi)及效果見表7-10。