定義

低溫碳氮共滲是一種化學熱處理工藝。它是在低于傳統(tǒng)滲碳溫度（一般在 500 - 600℃左右）的條件下，將碳和氮同時滲入工件表面的過程。通過這種處理，可以在工件表面形成一層具有高硬度、高耐磨性和良好抗疲勞性能的碳氮化合物層。

工藝原理

擴散過程：在低溫碳氮共滲過程中，活性碳原子和氮原子通過工件表面向內(nèi)部擴散。碳的來源通常是含碳的介質(zhì)，如尿素、甲酰胺等有機化合物。這些介質(zhì)在一定的溫度和介質(zhì)條件下分解，產(chǎn)生活性碳原子。氮原子主要來源于含氮的化合物，如氨氣。當工件被加熱到處理溫度時，這些活性原子吸附在工件表面，然后在濃度梯度的驅(qū)動下向工件內(nèi)部擴散。

化學反應：以氣體碳氮共滲為例，當氨氣和含碳氣體（如一氧化碳）通入爐內(nèi)時，會發(fā)生一系列反應。氨氣分解產(chǎn)生活性氮原子（），含碳氣體也分解出活性碳原子。這些原子與工件表面的鐵原子發(fā)生反應，形成碳氮化合物，如和等。

工藝方法

氣體碳氮共滲

這是最常見的方法之一。將工件放入密封的加熱爐中，通入氨氣和含碳氣體（如丙烷、丙酮等裂解后的氣體）。爐內(nèi)溫度一般控制在 500 - 600℃，處理時間根據(jù)工件的材料、尺寸和要求的滲層深度而定，通常在幾小時到十幾小時不等。例如，對于一些小型的齒輪零件，處理時間可能在 3 - 5 小時左右，就可以獲得 0.1 - 0.3mm 的滲層深度。

液體碳氮共滲

它是將工件浸入含有碳、氮元素的鹽浴中進行處理。鹽浴的成分主要是氰化物（由于氰化物有劇毒，現(xiàn)在使用受到嚴格限制）和碳酸鹽等。在加熱過程中，鹽浴中的活性原子滲入工件表面。這種方法的優(yōu)點是加熱速度快，處理時間短，滲層均勻。但缺點是鹽浴成分復雜，后續(xù)的清洗和廢水處理比較麻煩。

固體碳氮共滲

把工件和固體的滲劑（通常是含有碳、氮源的粉末狀混合物）一起裝入密封的容器中，然后加熱到低溫碳氮共滲溫度。這種方法的優(yōu)點是設備簡單，操作方便，適合小批量生產(chǎn)。不過，它的滲層質(zhì)量不如氣體碳氮共滲均勻，生產(chǎn)效率也相對較低。

應用范圍

機械零件：在各種機械零件如齒輪、軸類零件等中廣泛應用。以汽車變速器中的齒輪為例，經(jīng)過低溫碳氮共滲處理后，齒輪表面硬度可以達到 HV700 - 900，大大提高了齒輪的耐磨性和抗咬合能力，延長了齒輪的使用壽命。

模具制造：對于一些冷作模具和熱作模具，低溫碳氮共滲可以提高模具表面的硬度和抗熱疲勞性能。比如，冷沖模具經(jīng)過處理后，其型腔表面的耐磨性增強，在沖壓過程中能夠更好地保持尺寸精度，提高模具的服役壽命。

優(yōu)點和局限性

優(yōu)點

提高表面性能：顯著提高工件表面的硬度、耐磨性和抗疲勞性能，能在較低的溫度下獲得較好的表面強化效果。

變形?。河捎谔幚頊囟认鄬^低，與傳統(tǒng)的高溫滲碳相比，工件的變形量較小，這對于精密零件的處理尤為重要。

良好的耐腐蝕性：形成的碳氮化合物層可以提高工件表面的耐腐蝕性，使其在一些較為惡劣的工作環(huán)境下也能保持較好的性能。

局限性

滲層深度有限：一般情況下，低溫碳氮共滲獲得的滲層深度較淺，通常在 0.1 - 0.5mm 左右，對于一些需要較厚滲層的工件可能不太適用。

工藝控制要求高：對溫度、時間、氣氛等工藝參數(shù)的控制要求比較嚴格，否則容易出現(xiàn)滲層質(zhì)量不均勻、化合物層疏松等問題。