氮碳共渗，也称为软氮化，是一种在较低温度下（通常在500-600°C范围内）对钢制零件表面进行化学热处理的工艺。它同时渗入氮和碳，但以渗氮为主。其目的是提高零件的耐磨性、疲劳强度、抗咬合性和耐腐蚀性。
下面将按照一个标准、完整的工艺流程来详细介绍操作方法。
一、 工艺流程概述
一个完整的氮碳共渗工艺过程可以概括为以下三个主要阶段：
前处理：确保零件在进入炉膛前处于更好状态。
主处理（共渗过程）：工艺的核心，在严格控制的条件下进行。
后处理：工艺的收尾，对性能有重要影响。
二、 详细操作方法
（一）前处理
这是保证产品质量的基础，至关重要。
清洗除油：
目的：彻底去除零件表面的油污、切削液、灰尘等污染物。任何残留的油污都会阻碍氮和碳原子的渗入，导致表面硬度不均、花斑等缺陷。
方法：使用碱性清洗剂、有机溶剂（如汽油、丙酮）进行浸泡、刷洗或超声波清洗。清洗后必须用清水漂洗干净并彻底干燥。
防渗处理（如需要）：
目的：对于某些不需要氮碳共渗的部位（如装配螺纹孔、配合面），需要进行保护。
方法：通常采用防渗涂料或镀锡层。镀锡在共渗温度下会熔化并流走，从而阻止氮原子渗入。
装炉：
原则：确保炉内气氛流通均匀，使每个零件都能充分接触活性介质。
方法：零件之间应留有适当间隙，避免堆叠或接触。通常使用料筐、料架，对于长杆件好垂直吊挂。装炉量不应超过设备的安全容量。
（二）主处理（共渗过程）
这是工艺的核心，根据所使用的介质和设备不同，具体参数有差异。常见的是气体氮碳共渗。
以气体法为例，其典型流程和参数控制如下：
入炉与排气：
将处理好的零件装入已预热（或室温）的炉膛。
密封炉盖后，立即通入大量氨气（NH₃） 进行排气，目的是尽快排出炉内的空气（氧气），防止零件在加热过程中氧化。
加热与保温：
温度：通常在 560-580°C 之间选择。例如：
550-570°C：适用于要求硬度高、变形小的工模具钢。
570-590°C：适用于要求渗层较厚、承载能力强的结构钢。
时间：通常在 1-4小时 之间。时间越长，化合物层和扩散层越厚，但过长时间可能导致化合物层疏松，性能下降。
介质与控制：
主要介质：氨气（NH₃）是必不可少的，它在炉内分解提供活性氮原子 [N]。
碳的提供：为了提供碳原子，通常采用以下一种或几种方式：
吸热型气氛（载气）+ 氨气：向炉内同时通入氨气和由甲醇、丙烷等裂化生成的吸热型气体（如RX气）。
滴注法：直接向炉内滴注含碳有机液体，如甲酰胺、三乙醇胺、尿素甲醇溶液等。这些物质在高温下能同时分解出 [N] 和 [C]。
关键参数控制：
氨分解率：这是气体氮碳共渗重要的控制参数。通过氨分解率测量仪实时监测。一般控制在 30% - 60%。分解率过低，活性氮原子不足；分解率过高，气氛中氢气比例过大，会阻碍渗氮。通过调节氨气流量来控制分解率。
炉压：保持炉内微正压（几十到几百帕），防止空气进入。
冷却：
保温结束后，根据零件的性能要求，选择不同的冷却方式：
快冷（油冷或水冷）：适用于要求高疲劳强度的结构钢。快冷可以使扩散层的氮过饱和，产生“弥散强化”，显著提高疲劳极限。
缓冷（随炉冷或出炉空冷）：适用于工模具钢和对变形要求严格的零件，可减少热应力和组织应力引起的变形。
（三）后处理
氧化处理（可选，但强烈推荐）：
在共渗结束后，立即向炉内通入少量空气或水蒸气，在零件表面生成一层致密的、厚度约1-4微米的Fe₃O₄（四氧化三铁） 薄膜，即发蓝处理。
目的：
显著提高耐腐蚀性。
降低摩擦系数，具有自润滑性。
表面呈美观的蓝黑色。
此工艺也称为 QPQ（Quench-Polish-Quench） 或 OPQ 技术中的一部分，但其核心就是氮碳共渗+氧化。
清洗：
对于进行了氧化处理的零件，通常不需要再次清洗。
对于未氧化的零件，必要时可用热水或弱碱性溶液清洗，去除表面可能附着的残留物。
检验：
外观：应为均匀的银灰色（未氧化）或蓝黑色（氧化）。无亮点、花斑、剥落。
表面硬度：使用维氏硬度计（HV0.1或HV0.5）或显微硬度计检测。
渗层深度：制备金相试样，在显微镜下测量：
化合物层（白亮层）：通常为5-25μm，致密无疏松。
扩散层：通常为0.1-0.4mm。
脆性：根据维氏硬度压痕的形态，按标准评级（通常1-3级为合格）。
三、 其他氮碳共渗方法简介
除了主流的气体法，还有：
盐浴氮碳共渗：将零件浸入含有氰酸盐（如氰化钠、氰化钾的氧化产物）的熔融盐浴中。优点是加热快、渗透快、均匀性好，但环保和安全要求极高，废盐处理困难，应用逐渐减少。
离子氮碳共渗（等离子体）：在真空炉内，通过高压电场使含氮含碳的气体（如N₂、H₂、CH₄）电离成等离子体，轰击零件表面。优点是渗速快、变形小、环保，但设备投资大。
四、 安全与环保注意事项
氨气：有毒、易燃易爆气体，必须有良好的通风和泄漏报警系统。
炉体密封：必须确保炉膛密封良好，防止气体泄漏和空气进入。
废气处理：共渗废气（含未分解的氨气、氢气等）必须通过点燃或水吸收等方式处理，达标后才能排放。
个人防护：操作人员需佩戴防护眼镜、手套等劳保用品。
总结来说，氮碳共渗是一个系统工程，其成功与否取决于对前处理、温度、时间、介质（特别是氨分解率）和冷却方式等每一个环节的精确控制。 在实际生产中，必须根据零件的材料、形状和具体服役条件，通过试验确定更好的工艺参数。
