不銹鋼氮碳共滲的主要目的是提高工件的表面硬度、耐磨性能和耐疲勞性能（對(duì)于非不銹鋼還有耐腐蝕性能）。

1. 氮碳共滲層的組織

 氮碳共滲是同時(shí)向工件表面滲入氮和碳。工件經(jīng)氮碳共滲后，表面獲得共滲組織。因?yàn)樘幚頊囟容^低（一般低于600℃),在這個(gè)溫度范圍，氮在α相中的固溶量遠(yuǎn)高于碳在α相中的固溶量，且氮的擴(kuò)散速度快于碳的擴(kuò)散速度，所以，在工件表面層，即化合物層的組織是ε相（Fe2~3N)、γ相（Fe4N)及Fe3C的混合組織，含氮約7.4%,含碳約1%.在表面層內(nèi)部即擴(kuò)散層組織基本是ε相（Fe2~3N)和y相（Fe4N),氮的含量減少。不銹鋼的氮碳共滲組織中還含有鉻、鉬等合金元素的氮化物。在共滲溫度，因碳的擴(kuò)散很慢，其只能以碳化物（如Fe3C)的形式存在于化合物層中。

由于合金元素的影響，與碳鋼相比，在相同條件下不銹鋼氮碳共滲層硬度更高，但滲層深度淺，硬度變化梯度大，見(jiàn)圖7-7。圖7-8是ZGCr28的氮碳共滲組織圖。

2. 氣體氮碳共滲

 氣體氮碳共滲就是把工件放在含有可分解成氮原子和碳原子氣氛的密閉設(shè)備中，在一定的壓力和溫度條件下完成氮碳共滲的處理方法。

 氣體氮碳共滲的介質(zhì)常見(jiàn)有以下幾種:

  a. 混合氣體

    即氨氣中加入吸熱式氣氛或放熱式氣氛進(jìn)行共滲。

   其中，吸熱式氣氛（RX)由乙醇、丙醇等裂解，或由烴類氣體制備而成。吸熱式氣氛（RX)的成分控制為：H2為32%~40%,CO為20%~24%,CO2≤1%,N2為38%~43%.當(dāng)NH:RX~1:1,控制氣氛露點(diǎn)±0℃時(shí)，即可獲得較理想的共滲結(jié)果。

  氨氣中加入放熱性氣氛（NX)進(jìn)行氮碳共滲時(shí)，放熱式氣氛成分控制為：CO2≤10%,CO≤5%,H2<1%,其余為N20控制NH3:NX≈(5~6):(5~4).由于放熱式氣氛中CO含量較低，在與氨氣混合進(jìn)行共滲時(shí)，排出廢氣中的有毒物質(zhì)較低。

  b. 尿素［（NH₂)₂CO]

   將尿素在500℃以上溫度熱解，分解成活性氮原子和碳原子滲入工件表面。

  c. 滴注式氣體共滲

   即將甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、尿素、甲醇、乙醇等以不同比例配制成滴注劑。滴入密封爐內(nèi)，在一定的溫度條件下得到活性氮原子和碳原子滲入工件表面，完成氮碳共滲過(guò)程。

  氣體氨碳共滲的滲層深度及表面硬度與共滲溫度、共滲時(shí)間都有一定的關(guān)系。這些因素影響的一般規(guī)律如下。

  共滲溫度的影響：一般氣體氮碳共滲溫度在540~580℃,隨共滲溫度升高，滲層深度增加，表面硬度先隨溫度升高而增高，在570℃左右時(shí)硬度最高，然后溫度再升高，硬度呈下降趨勢(shì)。

  共滲時(shí)間的影響：在40%NH3,吸熱型氣氛60%,570℃共滲時(shí)，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，共滲層深度、表面硬度均呈增加的趨勢(shì)。

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

3. 液體氮碳共滲

液體氮碳共滲也稱鹽浴氮碳共滲，即在含有活性氮原子和活性碳原子的熔鹽液中完成氮和碳滲入工件表面的過(guò)程。

早期的液體氨碳共滲用鹽主要是含有NaCN和KCN的氰鹽。氯鹽熔化后經(jīng)過(guò)氧化產(chǎn)生額酸鹽，再由氛酸鹽氧化或分解獲取活性氮原子［N]和活性碳原子［C]。

主要的化學(xué)反應(yīng)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(yīng)獲取的［N]和［C]滲人工件表面，從而完成氮碳共滲過(guò)程。

生產(chǎn)中用氰酸根CNO-的濃度評(píng)定鹽浴活度，通過(guò)控制CNO-的含量來(lái)控制氮碳共滲層的質(zhì)量。

氰鹽鹽浴穩(wěn)定性好，流動(dòng)性也好，共滲質(zhì)量穩(wěn)定、效果好，但其毒性大，現(xiàn)已很少使用。

還有一種以尿素和碳酸鹽為主要原材料的混合鹽，加熱后產(chǎn)生化學(xué)反應(yīng)生成氰酸鹽：

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

再由氰酸鹽氧化和分解獲取活性氮原子和活性碳原子：

2NaCNO+O₂-Na₂CO₃+2[N]+CO↑

4NaCNO-Na₂CO₃+2[N] +2NaCN+CO↑

2CO=CO₂↑+[C]

這種混合鹽熔化時(shí)損耗大，污染嚴(yán)重，反應(yīng)生成物中含有氰化物，有較大的毒性，而且，鹽浴穩(wěn)定性差，鹽浴成分調(diào)整困難，已經(jīng)逐漸減少使用。

目前比較常用的鹽是由專業(yè)廠生產(chǎn)的成品鹽，經(jīng)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(bǔ)充用的。另一種是調(diào)整鹽，調(diào)整法用于調(diào)整鹽浴使用，當(dāng)CNO^-降低至工藝要求后，來(lái)提高CNO^-濃度的。

無(wú)論使用的是哪類鹽，最終都是依靠氰酸鹽的氧化、分解來(lái)獲取活性氮原子和活性碳原子，即有如下的基本反應(yīng)

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［N]和活性碳原子［C]被工件表面吸收并向內(nèi)擴(kuò)散，完成氮碳共滲過(guò)程。

液體氮碳共滲生產(chǎn)過(guò)程中的安全問(wèn)題是一個(gè)需特殊說(shuō)明的問(wèn)題。

液體氮碳共滲生產(chǎn)中，除注意熱處理生產(chǎn)的常規(guī)安全規(guī)定外，還應(yīng)特別注意以下各環(huán)節(jié)中可能產(chǎn)生的安全、環(huán)保問(wèn)題。

 ①. 鹽浴的熔化和調(diào)整

  氮碳共滲鹽浴熔化和調(diào)整時(shí)，應(yīng)注意防止熔鹽的迸濺，特別是初次使用的熔鹽或凝固后重新開(kāi)爐時(shí)，由于表面結(jié)殼，內(nèi)部熔鹽突噴造成的傷害。

  鹽熔化時(shí)會(huì)產(chǎn)生廢氣，應(yīng)抽風(fēng)排出室外高空中。

 ②. 用氧化鹽浴冷卻

  共滲鹽浴溫度高，氧化鹽浴溫度低，在工件從共滲爐出爐入氧化鹽浴爐冷卻時(shí)，要注意預(yù)冷，防止氧化鹽浴的進(jìn)濺和逸出。

 ③. 清洗用水的處理

 氮碳共滲用原料是無(wú)毒的，但在鹽浴熔化、使用中，會(huì)因化學(xué)反應(yīng)生成有毒物CN,在工件清洗時(shí)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(yè)漂白粉［Ca（OCl)₂·4H₂O]來(lái)中和分解CN,保證水中的CN^-降至最低。

 液體氨碳共滲滲層質(zhì)量常見(jiàn)的缺陷及預(yù)防措施見(jiàn)表7-9。不銹鋼液體氨碳共滲工藝及效果見(jiàn)表7-10。