不銹鋼氮碳共滲的主要目的是(shi)提高工件的表(biao)面(mian)硬度、耐磨性能和(he)耐疲勞性能（對(dui)于非不銹鋼還(huan)有耐腐(fu)蝕性能）。

1. 氮碳共滲層的組織

 氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)(shen)是(shi)同(tong)時向工(gong)件表面(mian)(mian)滲(shen)(shen)入氮(dan)(dan)(dan)和碳(tan)(tan)。工(gong)件經氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)(shen)后，表面(mian)(mian)獲得共滲(shen)(shen)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)。因為處理(li)溫(wen)度(du)(du)較(jiao)低(di)（一(yi)般低(di)于(yu)600℃),在(zai)(zai)這個溫(wen)度(du)(du)范圍，氮(dan)(dan)(dan)在(zai)(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)(de)固溶量(liang)遠高于(yu)碳(tan)(tan)在(zai)(zai)α相(xiang)中(zhong)的(de)(de)固溶量(liang)，且氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)速度(du)(du)快于(yu)碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)速度(du)(du)，所以，在(zai)(zai)工(gong)件表面(mian)(mian)層(ceng)(ceng)，即(ji)化合(he)物層(ceng)(ceng)的(de)(de)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)、γ相(xiang)（Fe4N)及Fe3C的(de)(de)混合(he)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)，含氮(dan)(dan)(dan)約(yue)7.4%,含碳(tan)(tan)約(yue)1%.在(zai)(zai)表面(mian)(mian)層(ceng)(ceng)內部即(ji)擴(kuo)散(san)(san)(san)層(ceng)(ceng)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)基本是(shi)ε相(xiang)（Fe2~3N)和y相(xiang)（Fe4N),氮(dan)(dan)(dan)的(de)(de)含量(liang)減(jian)少。不銹鋼的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)(shen)組(zu)(zu)(zu)織(zhi)(zhi)中(zhong)還含有(you)鉻、鉬等合(he)金元素的(de)(de)氮(dan)(dan)(dan)化物。在(zai)(zai)共滲(shen)(shen)溫(wen)度(du)(du)，因碳(tan)(tan)的(de)(de)擴(kuo)散(san)(san)(san)很(hen)慢，其只能以碳(tan)(tan)化物（如(ru)Fe3C)的(de)(de)形式(shi)存在(zai)(zai)于(yu)化合(he)物層(ceng)(ceng)中(zhong)。

由于合金元素的影響(xiang)，與碳(tan)(tan)鋼相(xiang)比，在(zai)相(xiang)同條件(jian)下不銹鋼氮(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)(shen)(shen)層硬度(du)更高，但滲(shen)(shen)(shen)層深度(du)淺(qian)，硬度(du)變化梯(ti)度(du)大(da)，見圖7-7。圖7-8是ZGCr28的氮(dan)碳(tan)(tan)共滲(shen)(shen)(shen)組織圖。

2. 氣(qi)體氮碳共滲(shen)

 氣(qi)體氮碳共滲就是把工件放在(zai)含有可(ke)分解成(cheng)氮原子和碳原子氣(qi)氛的密閉設備中，在(zai)一定的壓力和溫度條件下完成(cheng)氮碳共滲的處理(li)方法。

 氣體氮碳共滲(shen)的介質常見有以下幾(ji)種(zhong):

  a. 混合(he)氣體

    即氨氣(qi)中加(jia)入吸熱(re)(re)式氣(qi)氛或放熱(re)(re)式氣(qi)氛進行共滲。

   其中，吸熱式氣氛(fen)（RX)由乙醇、丙醇等裂解，或(huo)由烴類氣體制備而成。吸熱式氣氛(fen)（RX)的(de)成分(fen)控(kong)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(kong)制氣氛(fen)露點±0℃時，即可(ke)獲得較理想的(de)共滲(shen)結果。

  氨(an)氣(qi)中加入放熱(re)性氣(qi)氛(fen)（NX)進行氮碳(tan)共滲(shen)(shen)時(shi)，放熱(re)式氣(qi)氛(fen)成(cheng)分控制為(wei)：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其(qi)余為(wei)N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱(re)式氣(qi)氛(fen)中CO含量較(jiao)低(di)，在與氨(an)氣(qi)混合進行共滲(shen)(shen)時(shi)，排出廢氣(qi)中的有毒(du)物質較(jiao)低(di)。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將(jiang)尿素在500℃以上溫(wen)度(du)熱(re)解(jie)，分解(jie)成活性氮原子和(he)碳(tan)原子滲入工件表(biao)面(mian)。

  c. 滴注式(shi)氣體共滲

   即將甲酰(xian)胺、乙(yi)酰(xian)胺、三乙(yi)醇胺、尿素、甲醇、乙(yi)醇等(deng)以(yi)不同比(bi)例配制成(cheng)滴(di)注劑。滴(di)入(ru)密(mi)封爐內，在一定的溫度條件(jian)下(xia)得到活性(xing)氮(dan)原子和碳(tan)原子滲(shen)入(ru)工件(jian)表面，完成(cheng)氮(dan)碳(tan)共滲(shen)過程。

  氣體氨碳(tan)共滲的(de)滲層深度及表面硬度與共滲溫度、共滲時間都有(you)一(yi)定的(de)關(guan)系。這(zhe)些因(yin)素影響的(de)一(yi)般規(gui)律如下。

  共滲(shen)溫(wen)度的影響：一般氣(qi)體氮(dan)碳共滲(shen)溫(wen)度在(zai)(zai)540~580℃,隨共滲(shen)溫(wen)度升高，滲(shen)層深度增加(jia)，表面硬度先(xian)隨溫(wen)度升高而增高，在(zai)(zai)570℃左右(you)時硬度最高，然后溫(wen)度再(zai)升高，硬度呈下降(jiang)趨(qu)勢。

  共滲(shen)時間的影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共滲(shen)時，隨著時間的延長，共滲(shen)層深度、表(biao)面硬度均呈增加(jia)的趨勢。

  氣(qi)體氮碳共滲工件可(ke)以空冷、油冷或水冷。冷卻速度越(yue)快，變形越(yue)大，但表面(mian)硬度和(he)抗疲(pi)勞強度越(yue)高。

3. 液體(ti)氮碳共(gong)滲

液體氮(dan)碳共(gong)滲(shen)也稱鹽浴氮(dan)碳共(gong)滲(shen)，即在含有活性(xing)氮(dan)原子和(he)活性(xing)碳原子的熔鹽液中(zhong)完成(cheng)氮(dan)和(he)碳滲(shen)入工件表(biao)面的過程。

早(zao)期的(de)液體氨(an)碳共(gong)滲用鹽主(zhu)要(yao)是含有(you)NaCN和(he)KCN的(de)氰鹽。氯鹽熔化(hua)后經過氧化(hua)產生額酸(suan)(suan)鹽，再由氛酸(suan)(suan)鹽氧化(hua)或分解獲取活性氮原子［N]和(he)活性碳原子［C]。

主(zhu)要的化學(xue)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(shi)由上述反應(ying)獲取的［N]和［C]滲(shen)人工件表(biao)面，從而完成氮碳共滲(shen)過程。

生產中用(yong)氰(qing)酸(suan)根CNO-的濃度評定鹽浴活(huo)度，通過控制CNO-的含量來控制氮(dan)碳共滲(shen)層的質量。

氰鹽(yan)鹽(yan)浴穩(wen)定性好(hao)，流動性也(ye)好(hao)，共滲(shen)質量穩(wen)定、效果好(hao)，但其毒性大(da)，現已很少使用。

還有一(yi)種(zhong)以尿素和碳酸鹽為主要原材料的混合鹽，加熱后產生化學反應生成氰(qing)酸鹽：

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

再(zai)由(you)氰酸鹽氧化和(he)分解(jie)獲取活性氮原子和(he)活性碳(tan)原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合(he)鹽(yan)(yan)(yan)熔化(hua)時損耗大，污染嚴重，反(fan)應(ying)生成物(wu)中含(han)有氰化(hua)物(wu)，有較大的毒性，而(er)且，鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)穩定性差，鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)成分調整困難，已經(jing)逐漸減少使用(yong)。

目前比(bi)較常用的鹽(yan)是(shi)由專(zhuan)業廠生產的成品鹽(yan)，經加熱熔化后直接使(shi)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)論使(shi)用的(de)是(shi)哪類鹽，最終(zhong)都是(shi)依靠氰酸(suan)鹽的(de)氧化(hua)、分解來獲(huo)取活性(xing)氮原子和活性(xing)碳原子，即有如下(xia)的(de)基本反應(ying)

2CNO^-+O₂-CO^2-₃-+2[N]+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

及4CNO=CO^2-₃+2[N]+2CN^-+CO↑

活性氮原子(zi)［N]和(he)活性碳原子(zi)［C]被工件表面(mian)吸收(shou)并(bing)向內擴(kuo)散，完成氮碳共(gong)滲過(guo)程。

液體(ti)氮碳共滲生產過程中(zhong)的安全問題是一(yi)個(ge)需(xu)特殊說(shuo)明的問題。

液(ye)體氮碳共滲生產(chan)中(zhong)，除注意熱處理生產(chan)的常規安全(quan)規定外，還應(ying)特(te)別注意以下各環(huan)節中(zhong)可能產(chan)生的安全(quan)、環(huan)保(bao)問題。

 ①. 鹽(yan)浴的熔化和調整

  氮碳共滲(shen)鹽(yan)(yan)浴熔化和調整時(shi)，應注意防止熔鹽(yan)(yan)的(de)迸(beng)濺，特(te)別是(shi)初次(ci)使用的(de)熔鹽(yan)(yan)或凝固(gu)后重新(xin)開(kai)爐時(shi)，由于表面結殼，內(nei)部熔鹽(yan)(yan)突噴造成的(de)傷害。

  鹽(yan)熔化時會產生廢氣(qi)，應抽風(feng)排出室外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻

  共(gong)滲鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)溫度高(gao)，氧化(hua)鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)溫度低，在工件從(cong)共(gong)滲爐出(chu)爐入氧化(hua)鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)爐冷卻時，要注意預(yu)冷，防(fang)止氧化(hua)鹽(yan)(yan)(yan)浴(yu)的(de)進(jin)濺(jian)和逸(yi)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(ye)體氨碳共(gong)滲滲層質量常(chang)見的缺(que)陷及預防措施見表7-9。不銹鋼液(ye)體氨碳共(gong)滲工藝及效果見表7-10。