氮原子序數(shù)為7，比碳大1，原子結(jié)構(gòu)與碳不同，因此氮元素與鐵元素的化學(xué)作用和金屬晶體學(xué)作用完全不同于碳與鐵的相互作用。滲氮溫度比滲碳溫度低得多，滲氮層的結(jié)構(gòu)也比滲碳層復(fù)雜得多。本期分別簡(jiǎn)要介紹滲氮和氮碳共滲的原理、工藝方法、作用及滲層檢查。
一、滲氮
鐘罩式氮化爐出爐場(chǎng)景
1.1 滲氮原理
滲氮，也叫氮化，有時(shí)候?yàn)榱藚^(qū)別軟氮化，也稱硬氮化，但就滲氮層硬度來講，并無軟硬之分。
滲氮工藝過程和其它化學(xué)熱處理一樣，包括滲劑反應(yīng)、溶劑中擴(kuò)散、相界面反應(yīng)、氮元素在鐵中擴(kuò)散，以及擴(kuò)散過程中氮化物的形成。
滲劑中的反應(yīng)主要指滲劑中分解出含有活性氮原子的過程，該物質(zhì)通過滲劑中的擴(kuò)散輸送至鐵表面，參與界面反應(yīng)，在界面反應(yīng)中產(chǎn)生的活性氮原子被鐵表面吸收，進(jìn)而向內(nèi)部擴(kuò)散。
滲氮使用最多的介質(zhì)是氨氣，在滲氮溫度下，氨是亞穩(wěn)定的，它發(fā)生如下分解反應(yīng)：
2NH3＜＝＞3H2+2［N］
當(dāng)活性氮原子遇到鐵原子時(shí)，則發(fā)生下列反應(yīng)：
Fe+［N］＜＝＞Fe（N）
4Fe+［N］＜＝＞Fe4（N）
2~3Fe+［N］＜＝＞Fe2~3（N）
2Fe+［N］＜＝＞Fe2（N）
Fe-N系中存在的相如表 1 所示。除表中所列各項(xiàng)外，F(xiàn)e-N系中可能出現(xiàn)含氮馬氏體α′和介穩(wěn)定相α〞。前者是滲氮后快冷的產(chǎn)物，呈體心正方點(diǎn)陣，硬度較高可達(dá)650HV左右；α〞氮化物的分子式為Fe16N2，或Fe8N呈體心正方點(diǎn)陣。
▼表1 滲氮層中各相的性質(zhì)（純鐵滲氮）
氮的滲入過程不同于滲碳，它是一個(gè)典型的反應(yīng)擴(kuò)散過程，依照Fe-N相圖，不同溫度下，隨著滲氮時(shí)間的延長(zhǎng)，依次形成的相各有不同。詳見表2 。
▼表2 純鐵滲氮層中各相的形成順序及平衡狀態(tài)下各層的相組成物
滲氮層的形成過程詳見圖1 。在滲氮初期，表層的α固溶體未被N所飽和，滲氮層的深度可隨時(shí)間的增加而增加。隨著氣相中氮的不斷滲入，使α達(dá)到飽和氮含量Cmax，即τ1時(shí)刻。在τ1~τ2時(shí)間內(nèi)，氣相中的氮繼續(xù)向工件內(nèi)擴(kuò)散而使α過飽和，引發(fā)α→γ′反應(yīng)，產(chǎn)生γ′相。深度時(shí)間繼續(xù)延長(zhǎng)，表面形成一層連續(xù)分布的γ′相，達(dá)到γ′的飽和極限后，表面開始形成含氮量更高的ε相 。
▲圖1 共析溫度以下滲氮時(shí)氮含量與相組成的關(guān)系
滲氮鋼中加入合金元素將形成合金氮化物，使?jié)B層硬度和耐磨性提高。表3 列出了氮化物的結(jié)構(gòu)與基本特點(diǎn)。
▼表3 滲氮層中氮化物的結(jié)構(gòu)與基本特性
低碳鋼化合物的硬度約為HV300左右，中碳和高碳鋼化合物層硬度為HV500~600，合金鋼化合物層的硬度可以達(dá)到HV1000~1200。
滲氮對(duì)材料的適應(yīng)面非常廣，一般的鋼鐵材料和部分非鐵金屬，如鈦及鈦合金等，均可進(jìn)行滲氮及多元共滲處理。以滲氮為主的多元共滲用鋼與滲氮用鋼是一致的。
為了使工件心部具有足夠的強(qiáng)度，鋼的含碳量通常為（w）0.15%~0.50%，工具鋼更高。添加W、Mo、Cr、Ti、Ni、Al等合金元素，可以改善材料滲氮處理的工藝性及綜合力學(xué)性能。表4 列出了滲氮常用的鋼種。
▼表4 常用滲氮鋼種
38CrMoAl是應(yīng)用最廣的滲氮鋼，該鋼經(jīng)滲氮處理后可獲得很高的硬度，耐磨性好，淬透性好。Mo的加入，不僅提高了耐回火性，還抑制了第二類回火脆性，心部具有一定的強(qiáng)韌性，廣泛用于主軸、螺桿、非重載齒輪、氣缸筒等需要高硬度、高耐磨性而又沖擊不大的零件。
滲氮零件為了心部具備較高的綜合力學(xué)性能，處理前一般需要進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理，工模具采用淬火、回火處理，以獲得回火索氏體組織（工模具為回火馬氏體組織）。 表5 為部分材料調(diào)質(zhì)規(guī)范和機(jī)械性能。
▼表5 常用滲氮鋼的調(diào)質(zhì)處理參數(shù)及力學(xué)性能
形狀復(fù)雜、畸變要求高的精密零件，在精加工之前，應(yīng)進(jìn)行1~2次穩(wěn)定化處理，以消除機(jī)械加工引起的應(yīng)力，并保證組織穩(wěn)定。穩(wěn)定化處理溫度應(yīng)高于滲氮溫度，穩(wěn)定化溫度與滲氮溫度都不能高于調(diào)質(zhì)回火溫度。
滲氮件表面粗糙度對(duì)處理效果也有影響，粗糙的表面使?jié)B層的不均勻性和脆性增大。
相同滲氮條件下，滲氮層深度和硬度與調(diào)質(zhì)預(yù)處理的回火溫度有關(guān)。表5 為38CrMoAl在35h不同溫度回火溫度回火后，在相同滲氮條件下對(duì)應(yīng)的滲氮層深度。可見，隨著調(diào)質(zhì)預(yù)處理的回火溫度的提高，相同條件下的滲氮層深度越深，硬度偏低。
▼表6 回火溫度對(duì)38CrMoAl 滲氮層深度的影響
滲氮可使粗糙的表面粗糙度改善，又可使光潔的表面變得粗糙。一般處理后表面粗糙度Ra在0.8~1.4之間。滲氮件滲氮前的粗糙度Ra以1.6~0.8為宜。
1.2 氣體滲氮
1.2.1 氣體滲氮設(shè)備及滲氮介質(zhì)
井式氣體氮化爐
滲氮設(shè)備一般由滲氮爐、供氨系統(tǒng)、氨分解測(cè)定系統(tǒng)和測(cè)溫系統(tǒng)組成。氣體滲氮的裝置如圖2所示。
▲圖2 氣體滲氮裝置
可見，氨分解率越低(通氨越多)，氮?jiǎng)菰礁摺Ｉa(chǎn)中通常是通過調(diào)節(jié)氨分解率來控制滲氮過程的。氨分解率測(cè)定儀見圖3。
1.2.2氣體滲氮工藝參數(shù)及操作過程
（1）滲氮溫度
以提高表面硬度和強(qiáng)度為目的的滲氮處理，其溫度一般為480~570℃。滲氮溫度越高，擴(kuò)散速度越快，滲層越深。氮滲溫度超過550℃，合金氮化物將發(fā)生聚集長(zhǎng)大而使硬度下降。參見圖4 。
（2）滲氮時(shí)間
滲氮保溫時(shí)間主要決定滲層深度，對(duì)表面硬度也有不同程度的影響。見圖4 b）
滲氮層深度隨滲氮時(shí)間延長(zhǎng)而加深，符合拋物線規(guī)律，即滲氮初期深度隨時(shí)間的增長(zhǎng)率大，隨后增長(zhǎng)率趨緩。滲氮初表面硬度隨著時(shí)間延長(zhǎng)而下降，這同樣與合金氮化物聚集長(zhǎng)大有關(guān)，而且滲氮溫度越高，長(zhǎng)大速度越快，對(duì)硬度的影響也越明顯。
（4） 抗蝕滲氮
抗蝕滲氮的目的是獲得厚度為15~60μm的致密 ε 相的滲層，以提高工件在大氣及水中的抗蝕能力。抗蝕滲氮氨分解率不應(yīng)超過70%，滲氮溫度可達(dá)600~700℃，保溫時(shí)間以獲得要求的滲層深度為依據(jù)，但時(shí)間又不能過長(zhǎng)，以免 ε 變脆。表8 是純鐵、碳素鋼抗蝕滲氮工藝。
▼表8 純鐵、碳素鋼的抗蝕滲氮工藝
為了使?jié)B氮層具有足夠的抗蝕性，應(yīng)保持 ε 相層具有50%以上的致密區(qū)。檢查抗蝕滲氮層的質(zhì)量，可將滲氮零件浸入10%的硫酸銅溶液中靜置2~3min，以零件表面不沉淀析出銅為合格。
（5）可控滲氮
在一定的滲氮時(shí)間內(nèi)，形成化合物所需的最低氮?jiǎng)莘Q為氮?jiǎng)蓍T檻值。材質(zhì)、滲氮工藝參數(shù)、工件表面狀況、爐內(nèi)氣流特點(diǎn)等因素都會(huì)影響氮?jiǎng)蓍T檻值 。氮?jiǎng)蓍T檻值可以通過實(shí)際測(cè)量繪制，是制訂可控滲氮工藝的重要依據(jù)。圖5 是通過試驗(yàn)做出的40CrMo鋼制發(fā)動(dòng)機(jī)曲軸的無白亮層氣氛氮?jiǎng)菖c時(shí)間的關(guān)系曲線。
所謂可控滲氮，就是根據(jù)氮?jiǎng)蓍T檻值曲線，實(shí)時(shí)調(diào)整工藝參數(shù)，獲得工件所需的滲氮層組織。
1.2.4 不銹鋼與耐熱鋼的滲氮
由于不銹鋼和耐熱鋼含鉻量較高，與空氣作用會(huì)在表面形成一層致密的氧化物薄膜（鈍化膜）這種薄膜會(huì)阻礙氮化物的滲入。不銹鋼、耐熱鋼與結(jié)構(gòu)鋼滲氮的最大區(qū)別就是前者在進(jìn)入滲氮罐之前，必須進(jìn)行去鈍化膜處理。通常用機(jī)械法和化學(xué)法兩類方法。
（1）噴砂。
（2）磷化。
（3）氯化物浸泡。將噴砂或精加工后的工件用氯化物溶液浸泡，能有效地去除氧化膜。常用氯化物有TiCl2、TiCl3等。
不銹鋼和耐熱鋼滲氮規(guī)范見表9。
1.2.5 鑄鐵的滲氮
由于鑄鐵中碳、硅的含量較高，氮擴(kuò)散的阻力較大，要達(dá)到與鋼同樣的滲氮層深度，滲氮時(shí)間需要比鋼增加0.5~1倍。鑄鋼中添加錳、硅、鎂、鉻、鎢、鎳、鈰等元素可提高滲氮層硬度，但會(huì)降低滲氮速度。鋁既可提高滲氮速度，又不降低滲氮硬度。
采用滲氮處理，可使鑄鐵件表面獲得一定深度、致密的、化學(xué)穩(wěn)定性較高的 ε 化合物層，能顯著提高材料抗大氣、過熱蒸汽、和淡水的腐蝕能力。球墨鑄鐵抗蝕滲氮的預(yù)處理通常采用石墨化退火獲得鐵素體基體。滲氮處理溫度為600~650℃、保溫1~3h、氨分解率40~70%的工藝，可獲得15~60μm的滲氮層，表面硬度約為400HV。
1.2.6 非滲氮部位保護(hù)
根據(jù)使用和后續(xù)加工的要求，工件的一些部位不允許滲氮，因此在滲氮之前，必須對(duì)非滲氮部位進(jìn)行防滲處理，常用方法有以下三種：
（1）鍍錫法
錫或鉛錫合金的熔點(diǎn)很低，在滲氮溫度下，錫層熔化并吸附在工件表面，阻止氮原子滲入。為提高保護(hù)面對(duì)錫層的吸附力及錫層的均勻性，應(yīng)控制工件表面粗糙度。表面太光滑，錫在工件表面上加熱后容易流淌，難于吸附；但表面過于粗糙則會(huì)影響吸附層的均勻性，一般要求表面粗糙度Ra在6.3~3.2μm之間為宜。太薄則達(dá)不到防滲效果。鍍錫層一般在3~15μm范圍防滲效果良好。
（2）鍍銅法
與滲碳防滲一樣，鍍銅也可以防滲氮。一般是在粗加工后鍍銅，再在精加工工序剝?nèi)バ枰獫B氮部位的鍍層；或者精加工后在鍍銅時(shí)對(duì)需要滲氮的部位用涂料，膠帶等包扎起來，不予鍍銅。還可以對(duì)防滲部位使用刷鍍的方法鍍銅。鍍銅面粗糙度Ra為6.3較適宜，鍍銅層厚度不低于3μm。
（3）涂料法
市面上國(guó)內(nèi)外的防滲氮涂料都有出售。目前使用較多的涂料是水玻璃+石墨粉，具體配方為：中性水玻璃［含w（Na2O）7.08%、w（SiO2）29.54%］中加入10%~20%（w）的石墨粉。
防滲氮面的表面粗糙度Ra在1.25~3.2μm為宜。涂覆前應(yīng)對(duì)表面進(jìn)行噴砂處理，然后加熱到60~80℃。涂料隨涂隨用，涂覆層應(yīng)均勻，厚度0.6~1.0mm，可自然干燥，或90~130℃烘干。
1.2.7 滲氮件的質(zhì)量檢查
（1）外觀檢查
正常的滲氮件表面呈銀灰色或淺灰色，不應(yīng)該出現(xiàn)裂紋、剝落或嚴(yán)重的氧化色及其它非正常顏色。如果表面出現(xiàn)金屬光澤，則說明工件的滲氮效果欠佳。
（2）滲層硬度檢查
滲氮層表面硬度可用維氏硬度計(jì)或表面洛氏硬度計(jì)測(cè)量。當(dāng)滲層很薄時(shí)，就需要用顯微硬度計(jì)測(cè)量。若需要測(cè)定化合物層硬度或從表面至心部的深度-硬度曲線，則采用顯微硬度法。
值得注意的是，硬度檢測(cè)力的大小，必須根據(jù)滲層深度而定，試驗(yàn)力太小，測(cè)量精度不高，太大又可能壓穿滲層，使硬度測(cè)量不能進(jìn)行。表10 是根據(jù)不同滲氮深度而推薦的硬度試驗(yàn)力數(shù)值。
▼表10 滲氮層深度與硬度試驗(yàn)力選擇表
（3）滲氮層深度檢查
滲氮層深度的測(cè)量方法有斷口法，金相法和硬度梯度法三種。
斷口法是將缺口的試樣打斷，根據(jù)滲氮層斷口組織較細(xì)、呈瓷狀，而心部組織較粗、呈塑性破斷的特征，用25倍放大鏡進(jìn)行測(cè)量。此方法測(cè)量迅速，但精度較低。
金相法是利用滲氮層組織與心部組織金相形貌不同，在放大100倍或200倍視場(chǎng)下，利用顯微鏡的標(biāo)尺，沿試樣表面垂直方向測(cè)至與基體組織有明顯分界處的距離。此即滲氮層深度。參見圖6 。
▲圖6 38CrMoAl鋼滲氮后的金相組織
對(duì)一些鋼種的滲氮層顯微組織中，擴(kuò)散層與心部無明顯分界線的試樣，可加熱至接近或略低于Ac1的溫度（700-800℃）淬水，利用滲氮層含氮而使Ac1降低的特性來測(cè)定滲氮層。此時(shí)滲層淬火成為抗蝕較好的馬氏體組織，而心部為抗蝕較差的高溫回火組織。
采用金相法測(cè)得的滲氮層深度，一般較硬度法測(cè)得的深度稍淺。
硬度梯度法是將滲氮后的試樣沿層深方向測(cè)得一系列硬度值，利用深度-硬度值繪成曲線，曲線中比基體硬度高50HV處對(duì)應(yīng)的深度值，即為滲層深度。試驗(yàn)采用顯微維氏硬度法，試驗(yàn)力一般為2.94N(（0.3kgf），根據(jù)情況可用1.96~19.6N（0.2g~2kgf）之間的其它試驗(yàn)力。
對(duì)于滲氮層硬度變化平緩的工件（如碳鋼或低碳低合金鋼件），其滲層深度可以從試驗(yàn)表面沿垂直方向測(cè)至比基體維氏硬度值高30HV處。
（4）滲氮層脆性檢查
滲氮層脆性一般使用維氏硬度計(jì)壓頭壓痕的完整性來評(píng)定。試驗(yàn)力為98.07N（10kgf），特殊情況下采用49.03N（5kgf）或294.21N（30kgf）卸去 載荷后觀察壓痕完整狀況，依其邊緣的完整性將滲氮層脆性分為5級(jí)，詳見圖7 。壓痕邊緣完整為1級(jí)，一邊或一角碎裂為2級(jí)，二邊或二角碎裂為3級(jí)，三邊或三角碎裂為4級(jí)，四邊或四角均碎裂為5級(jí)。1~3級(jí)為合格，主要零件1~2級(jí)為合格。
▲圖7 滲氮層脆性評(píng)級(jí)圖
采用壓痕法評(píng)定滲氮層脆性，主觀因素較多，目前已有一些更為可觀的方法，如聲發(fā)射技術(shù)，它是測(cè)出滲氮試樣在彎曲過程中出現(xiàn)的第一道裂紋時(shí)的撓度，用以定量描述脆性。
（5）金相組織檢查
滲氮件金相組織檢查包括滲層及心部?jī)刹糠帧：细竦臐B氮層組織中不應(yīng)有脈狀、波紋狀、網(wǎng)狀以及骨狀氮化物。這些粗大的氮化物會(huì)使?jié)B層變脆、剝落。合格的心部組織應(yīng)為合格的心部索氏體組織（調(diào)質(zhì)前處理），不允許大量游離鐵素體存在。
（6） 滲氮層疏松檢查
將滲氮金相試樣放在500X下的顯微鏡下觀察，依其最嚴(yán)重的的部位評(píng)級(jí)。按照表面化合物層內(nèi)的微孔的形狀、數(shù)量及密集程度分為5級(jí)，一般1~3級(jí)合格，主要零件1~2級(jí)合格。
以上詳見國(guó)標(biāo)：GB/T11354-2005 鋼鐵零件滲氮層深度測(cè)定和金相組織檢驗(yàn)。
（7） 滲氮層抗腐蝕性檢查
抗腐蝕滲氮件的 ε 相通常在10μm以上，必須進(jìn)行抗腐蝕性能檢查，常用方法有兩種。
第一種， 硫酸銅水溶液浸漬或滴定法。將試樣浸入（w）6~10%的水溶液中保持1~2mim，試樣表面無銅金屬沉積為合格。
第二種，赤血鹽-氯化鈉浸漬或滴定法。取赤血鹽（K3（FeN）6） 10克，氯化鈉20克，溶于1000ml蒸餾水中，滲氮件浸入該溶液1~2min，無藍(lán)色印跡為合格。
（8）尺寸及畸變檢查
工件經(jīng)過滲氮處理后尺寸略有脹大。脹大量一般為滲氮層深度的3~4%。適當(dāng)?shù)念A(yù)處理、裝爐方法以及工藝流程可將畸變量降至最小。滲氮后需要精磨的零件，最大畸變處的磨削量不能大于0.15mm，否則，滲氮層中最有效的部分將被去除。
1.2.8 滲氮件的缺陷及預(yù)防
滲氮一些常見的缺陷及預(yù)防措施列于表11中 。
在以滲氮為主的工藝中再同時(shí)滲入碳元素的方法稱為氮碳共滲。俗稱軟氮化。但對(duì)于大多數(shù)合金鋼的氮碳共滲層硬度來說，軟氮化并不軟。
所謂氮碳共滲，既是突出以滲氮為主的共滲的特點(diǎn)，也是為了區(qū)別碳氮共滲。
共滲機(jī)理與滲氮相似，隨著時(shí)間的延長(zhǎng)，表面氮、碳濃度不斷增加，發(fā)生反應(yīng)擴(kuò)散、形成白亮層及擴(kuò)散層。
氮碳共滲所用的介質(zhì)必須能在其工藝溫度下分解出活性氮、碳原子。當(dāng)介質(zhì)為氨氣，同時(shí)再加入放熱式氣氛或吸熱式氣氛形成混合氣氛時(shí)，會(huì)發(fā)生如下分解反應(yīng)，既能提供活性氮原子，也能提供活性碳原子，從而實(shí)現(xiàn)氮碳原子的同時(shí)滲入：
由于碳的滲入，氮碳共滲表層的相要復(fù)雜一些。例如，當(dāng)?shù)繛椋╳）1.8%、碳含量為（w）0.35%時(shí)，在560℃發(fā)生
γ
α+γ′+z［Fe（CN）］
共析反應(yīng)，形成 α+γ′+z 的機(jī)械混合物。需要指出的是，碳主要滲入化合物層，而幾乎不滲入擴(kuò)散層，因?yàn)樵诘脊矟B溫度下，碳的溶解度極低。
2.1 氣體氮碳共滲
氣體氮碳共滲介質(zhì)分為三大類，下面分別介紹：
2.1.1 混合氣體氮碳共滲
1）氨氣+吸熱式氣氛（RX）
吸熱式氣氛由乙醇、丙酮等有溶劑裂解，或由烴類氣體制備而成，吸熱式氣氛的成分（體積分?jǐn)?shù)）H232~40%、CO 20~24%、CO2≤1%，氣氛的碳勢(shì)用露點(diǎn)儀測(cè)定。NH3:RX≈1:1時(shí)，氣氛的露點(diǎn)控制到±0℃即可，可獲得較理想的氮碳共滲滲層和共滲速度。
2）氨氣+放熱式氣氛（NX）
混合氣氛中NH3：NX≈5~6：4~5 。放熱式氣氛成分（體積分?jǐn)?shù)）一般為CO2≤10%，CO≤5%，H2≤1%，其余為N2。
由于放熱式氣氛中 CO 的含量較低，它與氨氣混合進(jìn)行氮碳共滲時(shí)，比采用吸熱式氣氛排出的廢氣中有毒物質(zhì) HCN 含量低得多，而且制備成本也較低，有利于推廣。此外，氨氣還可以直接與甲烷、丙烷等混合進(jìn)行氮碳共滲。
多數(shù)鋼種的最佳共滲溫度為560~580℃，為了不降低基體強(qiáng)度，共滲溫度應(yīng)低于調(diào)質(zhì)回火溫度。保溫時(shí)間及爐內(nèi)氣氛對(duì)共滲效果的影響分別見表 13 和表 14 。
▼表13 保溫時(shí)間對(duì)氮碳共滲層深度與表面硬度的影響
▼表14 吸熱式氣氛（RX）露點(diǎn)對(duì)氮碳共滲層深度與表面硬度的影響
有必要特別指出的是，需要隨爐冷卻出爐的，在溫度降到550℃之前，一定要使用氮?dú)饣虬睔馀艃魻t內(nèi)的可燃?xì)夥眨乐範(fàn)t子開啟瞬間發(fā)生爆炸。
2.1.2 尿素?zé)峤獾脊矟B
尿素在500℃以上分解反應(yīng)為：
其中，活性氮、碳原子作為氮碳共滲的滲劑。
尿素可通過三種方式送入爐內(nèi)：
①機(jī)械送料器（如螺桿式）將尿素顆粒送入爐內(nèi)。
②將尿素在裂解爐中分解后再送入爐內(nèi)。
③用有機(jī)溶劑（如甲醇）按一定比例溶解后滴入爐內(nèi)。
除了共滲溫度、保溫時(shí)間、冷卻方式等因素外，尿素的加入量對(duì)共滲效果也會(huì)產(chǎn)生很大的影響，根據(jù)滲氮罐大小及不同的裝爐量，尿素的加入量可在500~1000g/h范圍內(nèi)變化。表10 是球墨鑄鐵曲軸（Q500-7）在RJJ-105-9T井式氣體滲碳爐中進(jìn)行氮碳共滲處理的實(shí)例。檢驗(yàn)結(jié)果：共滲層0.05~0.08mm，表面硬度490~680HV。
▲圖10 球墨鑄鐵曲軸氣體氮碳共滲工藝
2.1.3 滴注式氣體氮碳共滲
滴注劑為甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、乙醇等以不同比例配制。
表16 是采用甲酰胺（w）70%+尿素30%作為滲劑進(jìn)行氣體氮碳共滲的結(jié)果（保溫時(shí)間2~3h）。
▼表15 70%甲酰胺+30%尿素氮碳共滲效果
2.2 鹽浴氮碳共滲
2.2.1 鹽浴成分及主要特點(diǎn)
鹽浴氮碳共滲是最早的氮碳共滲方法，按鹽浴中氰根
含量可將氮碳共滲鹽浴分為低氰、中氰、高氰型。由于環(huán)保的原因，中、高氰鹽浴已經(jīng)淘汰。現(xiàn)市面上有無氰鹽銷售，其配方如表16所示 。
▼表16 無氰氮碳共滲鹽配方及其特征
鹽浴氮碳共滲的關(guān)鍵成分是堿金屬氰酸鹽MCNO（M代表K、Na、Li等金屬元素），常用氰酸根（
）的含量來度量鹽浴活性。分解產(chǎn)生活性氮、碳原子滲入工件表面，但同時(shí)也產(chǎn)生有毒的，為此，加入氧化劑可使氧化轉(zhuǎn)變?yōu)?span id="1rz91zd" class="LightGallery_Item" lg-data-src="http://www.jwjbj.com/zb_users/upload/2020/08/20200813160234_28772.jpeg" crossorigin="anonymous" data-w="190" data-type="jpeg" data-src="http://www.jwjbj.com/zb_users/upload/2020/08/20200813160234_28772.jpeg" data-s="300,640" data-ratio="0.34210526315789475" data-croporisrc="https://mmbiz.qlogo.cn/mmbiz_jpg/B4A6B7OCTHxucCra31KsBtQGGRe8EEIibGRxz7X91IY5icIl497H5SbrFiamNDGZn4MqazDDibNjBoWTQLgjxkJcUQ/0?wx_fmt.jpeg">。
目前應(yīng)用較廣的是尿素-有機(jī)物型鹽浴氮碳共滲，濃度由被滲工件層材質(zhì)和技術(shù)要求而定，一般控制在32%~38%，含量低于預(yù)定值下限時(shí)，添加再生鹽即可恢復(fù)鹽浴活性。
2.2.2 鹽浴氮碳共滲工藝
為避免氰酸根濃度下降過快，共滲溫度通常≤590℃；溫度低于520℃時(shí)，則處理效果會(huì)受到鹽浴流動(dòng)性的影響。共滲溫度及保溫時(shí)間對(duì)共滲層深度的影響見表17 。對(duì)表面硬度的影響見圖11 。
▲圖11 不同材料試樣與580℃處理后表面特點(diǎn)與保溫時(shí)間的關(guān)系
▼表18 幾種材料的鹽浴氮碳共滲層深度與表面硬度
2.3 QPQ處理
鹽浴氮碳共滲或硫氮共滲后進(jìn)行氧化、拋光再氧化復(fù)合處理稱之為QPQ（Quench-Polsh-Quench）處理。 這項(xiàng)技術(shù)近年來得到廣泛應(yīng)用，其處理工序?yàn)轭A(yù)熱 → 520~580℃氮碳共滲或硫氮共滲 → 在300~400℃氧化浴中氧化10~30mm → 機(jī)械拋光 → 在氧化浴中再次氧化。氧化的目的是消除工件表面殘留的微量 及 ，產(chǎn)生的廢水可以直接排放，工件表面生成致密的Fe3O4膜。
實(shí)際工件表面總是凹凸不平的，凸起部位的氧化膜呈拉應(yīng)力狀態(tài)，易剝落，通過拋光處理，可降低表面粗糙度值，除去呈拉應(yīng)力的氧化膜，經(jīng)過二次氧化生成的氧化膜產(chǎn)生拉伸應(yīng)力的可能性較小，因此二次氧化處理極為關(guān)鍵。QPQ處理的工件表面粗糙度值大大降低，顯著地提高了工件的耐蝕性，并保持了鹽浴氮碳共滲或硫氮共滲的耐磨性、抗疲勞性及抗咬合性。可獲得賞心悅目的白亮色、藍(lán)黑色及黑亮色。圖12 表示出了QPQ工藝曲線，表19 表示出了常用材料QPQ處理工藝規(guī)范及滲層深度和硬度。
▲圖12 QPQ處理工藝曲線
▼表19 常用材料QPQ材料規(guī)范及滲層深度和硬度
2.4 奧氏體氮碳共滲
奧氏體氮碳共滲常用溫度為600~700℃。氮碳滲入后，滲層奧氏體化溫度下降幅很大，在600~700℃的溫度下，就會(huì)發(fā)生相變形成奧氏體。
2.4.1 奧氏體氮碳共滲的組織結(jié)構(gòu)
共滲層最外層為 ε 相為主的化合物層；次表層的奧氏體，淬冷后形成馬氏體和殘留奧氏體；第三層是過渡層，包括α+γ′層和與基體交接的擴(kuò)散層組成。共滲層淬火、回火后，化合物層內(nèi)則出現(xiàn)硬度高達(dá)1200HV的灰色帶，過渡層的α-Fe中析出γ′相，回火溫度越高，γ′針越粗大。
2.4.2 奧氏體氮碳共滲工藝
表20 為推薦的工藝參數(shù)。
▼表20 奧氏體氮碳共滲工藝參數(shù)推薦值
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