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离子碳氮共渗离子碳氮共渗是一种常用的表面处理技术，可以在金属表面形成一层具有良好性能的碳氮化合物薄膜，从而提高金属的硬度、耐磨性和耐蚀性等性能。
本文将从离子碳氮共渗的原理、工艺及应用方面进行介绍。
一、离子碳氮共渗的原理离子碳氮共渗是利用离子束或离子气体对金属表面进行处理，通过碳氮元素的离子淀积和扩散，形成一层碳氮化合物薄膜。
在离子碳氮共渗过程中，金属表面的离子轰击和热扩散作用会引起金属表面的物理和化学变化，从而使金属表面形成高硬度、高耐磨和高耐蚀的碳氮化合物层。
离子碳氮共渗工艺主要包括三个步骤：准备工作、共渗处理和后处理。
1. 准备工作：包括金属基体的清洗和预处理。
金属基体的清洗是为了去除表面的油污、氧化物和其他杂质，以保证共渗过程的顺利进行。
预处理包括表面活化处理和预共渗处理，以提高共渗层与金属基体的结合强度。
2. 共渗处理：共渗处理是离子碳氮共渗的核心步骤。
在共渗过程中，通过选择合适的离子源和工艺参数，将碳离子和氮离子注入到金属基体表面，从而形成碳氮化合物薄膜。
共渗过程中的离子束轰击和热扩散作用使得金属表面发生物理和化学反应，从而形成致密的碳氮化合物层。
3. 后处理：后处理是为了消除共渗过程中产生的残余应力和改善共渗层的性能。
常用的后处理方法包括热处理、机械加工和表面处理等。
三、离子碳氮共渗的应用离子碳氮共渗技术在金属加工和表面处理领域有着广泛的应用。
主要应用于以下几个方面：1. 工具材料：离子碳氮共渗可以显著提高工具材料的硬度和耐磨性，从而延长工具寿命，提高加工效率。
常见的应用包括模具、刀具、钻头等。
2. 机械零部件：离子碳氮共渗可以提高机械零部件的表面硬度和耐磨性，从而提高零部件的使用寿命和工作性能。
常见的应用包括轴承、齿轮、凸轮等。
3. 汽车零部件：离子碳氮共渗可以提高汽车零部件的表面硬度和耐磨性，从而提高汽车的使用寿命和行驶安全性。
常见的应用包括曲轴、凸轮轴、活塞环等。
4. 刀具涂层：离子碳氮共渗可以作为刀具涂层的一种前处理方法，提高刀具涂层与基体的结合强度，从而提高刀具的使用寿命和切削性能。
组合渗碳-碳氮共渗
宋庆阳
【期刊名称】《兰州交通大学学报》
【年(卷),期】2005(024)001
【摘要】研究了采用预先渗碳,再进行碳氮共渗的组合式化学热处理工艺(简称"组合渗碳-碳氮共渗")对重荷载、中等冲击、中高速场合下工作的零件处理后的渗层组织、浓度梯度、疲劳等性能的影响.结果表明,此工艺具有处理温度低、渗速快、渗碳层和碳氮共渗层厚度可按比例调整等优点,同时能有效抑制单一渗碳和单一碳氮共渗中易产生的组织缺陷,渗层浓度梯度和硬度梯度平缓,渗层与基体结合强度较高、表面残余应力高,综合机械性能好.
【总页数】4页(P123-126)
【作者】宋庆阳
【作者单位】甘肃交通职业技术学院,汽车系,甘肃,兰州,730070
【正文语种】中文
【中图分类】TG156.82
【相关文献】
1.电解质气相离子催渗渗碳及碳氮共渗在渗碳炉中的应用 [J], 阳恩葵;闵乃忠;何斌;黄海军
2.模具钢的渗碳-碳氮共渗改性热处理 [J], 严超峰;包耀宗;王欢锐;董立社;谢余;李栋
3.渗碳或碳氮共渗件磨削裂纹的控制 [J], 秦朝伟;顾建芬
4.渗碳及碳氮共渗齿轮热处理质量检验综述 [J], 赵美惠
5.渗碳/碳氮共渗及渗氮集散式电脑控制系统的异常问题及补救方法 [J], 李涌因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
离子碳氮共渗
离子碳氮共渗（ion carbonitriding）是一种金属表面处理技术，通过同时注入碳和氮的离子到金属表面，从而在表面形成具有高硬度、高耐磨性和高抗腐蚀性能的碳氮化层。
离子碳氮共渗可以应用于各种金属材料，如钢、铁、不锈钢等。
离子碳氮共渗的过程是通过在真空或氮气环境中使用离子化的碳和氮源，通过离子轰击的方式将碳和氮注入金属表面。
在这个过程中，离子碳和离子氮会在金属表面形成碳化物和氮化物的薄层，这些薄层具有较高的硬度和耐磨性。
除了提高表面硬度和耐磨性外，离子碳氮共渗还可以提高金属的抗腐蚀性能，延长金属的使用寿命。
离子碳氮共渗具有渗层均匀、渗层厚度可控、成本低等优点。
它可以广泛应用于汽车、机械、航空航天和电子等领域，用于提高金属零件的使用寿命和性能。
需要注意的是，离子碳氮共渗只是金属表面处理技术之一，其效果和处理深度取决于处理的时间和温度。
中国古代的钢铁渗碳和渗氮技术我国是最古老的文明古国之一,在金属热处理技术发展史上,我国古代先民做出过杰出的贡献,取得了许多伟大的成就。
在化学热处理方面,我国先民依靠自己的聪明才智,发展了多种工艺,包括渗碳、渗氮、碳氮共渗等。
这些技术的发展,推动了我国古代金属材料的应用和对材料的表面改性,形成了具有特色的古代热处理技术。
本文在文献史料和考古成果综合分析的基础上,力图反映我国古代钢铁渗碳和渗氮技术状况,并提出一些分析见解,以求同行较全面准确地认识古代化学热处理的发展历程。
限于热处理考古属交叉领域,不当之处在所难免,望予以指正。
1钢铁渗碳技术1．1 固体渗碳固体渗碳是将工件埋入固体渗碳物质中进行处理的工艺,它是最古老的热处理技术之一。
从公元前18世纪一直到18世纪,固体渗碳都是西方钢铁增碳的主流手段。
因此在国外产生了多种不同的固体渗碳工艺,大体可分为灼烧法、焖熬法和层叠法。
其渗碳工艺水平相当高,甚至在17世纪以后还开发出固体渗碳专用的窑炉和箱式炉。
我国古代除了拥有传统的灼烧法固体渗碳方法以外,古文献中还描述了焖熬法固体渗碳方法。
1．1．1 灼烧法固体渗碳一般认为人工冶铁的发源地是两河流域北部、土耳其及其附近地区。
该地有很多的铁矿,而铜矿又较少。
在靠近土耳其的Cha nga r Ba zar镇出土的匕首柄,其年代可定为公元前2700年以前。
而根据报道,在Giz eh的大金字塔内遗存一块铁板,使人工冶炼金属铁板的年代提前到公元前2761年以前。
这些人工冶铁器件是将铁矿石还原后经锻接的产物。
人工冶铁的初级产品是海绵铁,它是由铁矿石在约1200℃的木炭火的温度下还原出来的,海绵铁是杂质含量很高的松散、柔软的金属块,其杂质主要有未还原的氧化铁、铁橄榄石、木炭粉等,为了用它制作器物,只有将其反复加热锻打、去渣、聚块、分散杂质后,才能获得可以造型的熟铁,这种熟铁通常被称为块炼铁。
海绵铁的加热往往是在灼热的木炭中进行,其时铁被埋在木炭之间,在铁的作用下,未完全燃烧的一氧化碳发生分解,分解的活性碳形成高的碳势,铁在碳势气氛中,自然而然地被渗碳。
低温化学热处理方法——氮碳共渗氮碳共渗又叫软氮化，是钢铁在铁素体状态下低温化学热处理方法的一种。
1、氮碳共渗的原理及特点氮碳共渗是在Ｆｅ⁃Ｃ⁃Ｎ三元素共析温度以下对工件表面进行氮、碳共渗的一种表面扩散渗入处理工艺，该工艺以渗氮为主，同时也渗入少量的碳原子。
在Ｆｅ⁃Ｃ⁃Ｎ三元相图中的三元共析点为５６５⁃，此时，氮在α⁃Ｆｅ中具有最大的溶解度，故氮碳共渗的温度一般为５７０⁃左右。
氮碳共渗处理与气体氮化相比具有如下特点。
氮碳共渗处理的时间短，一般为１～４ｈ，而气体氮化长达几十小时。
氮碳共渗时，除活性氮原子外，还有活性炭原子。
钢的表面首先被碳饱和并形成超显微的碳化物，这种碳化物作为触媒剂促进了氮的渗入，当表面ε相形成后，ε相中又可溶解较多的碳，所以渗碳和渗氮相互促进，从而渗速加快。
氮碳共渗化合物层中除含氮外，还含有少量的碳，由于ε相中含有碳，使得化合物的脆性降低，因此氮碳共渗形成的白亮层一般脆性较小。
气体渗氮一般只适用于特殊的氮化钢，而氮碳共渗不受被处理材料的限制，可广泛用于碳素钢、合金钢、铸铁等。
2、氮碳共渗层组织钢铁工件的氮碳共渗层组织由表及里依次为Ｆｅ２～３Ｎ，Ｆｅ３Ｎ和Ｆｅ４Ｎ构成的化合物层（如是合金钢，还有Ｃｒ、Ｗ、Ｖ、Ａｌ、Ｍｏ等合金氮化物）和扩散层（主要是氮在α⁃Ｆｅ中的固溶体）。
碳钢氮碳共渗后的组织由白亮的化合物层和暗黑色的扩散层组成。
化合物层主要为ε相和γ′相。
合金钢氮碳共渗后，表面也得到由ε相和γ′相组成的白亮化合物层。
3、氮碳共渗层性能（1）共渗层硬度氮碳共渗显著提高工件表面硬度及耐磨性，与调质、感应淬火相比较，磨损失重分别降低１～２个数量级。
（2）共渗层的抗疲劳性能氮碳共渗后的疲劳强度高于渗碳或碳氮共渗淬火以及感应淬火。
低、中碳钢可提高４０％～８０％；合金结构钢提高２５％～３５％；不锈钢提高３０％～４０％；灰铸铁提高２０％左右，见下图。
▲氮碳共渗处理使疲劳强度提高的情况（球墨铸铁）最近采取在氮碳共渗后高频淬火的复合热处理工艺。
等离子碳氮共渗等离子碳氮共渗是一种常用的表面处理技术，可以提高材料的硬度和耐磨性。
本文将详细介绍等离子碳氮共渗的原理、工艺和应用。
一、原理等离子碳氮共渗是一种通过等离子体技术在材料表面同时引入碳和氮元素的方法。
在等离子体条件下，通过将含有碳和氮的气体注入到反应室中，利用高能离子轰击材料表面，使其发生化学反应，从而在表面形成碳氮化物层。
这种碳氮化物层具有高硬度、高耐磨性和良好的化学稳定性，可以显著提高材料的性能。
二、工艺等离子碳氮共渗的工艺可以分为几个步骤：1. 清洗：将待处理的材料进行表面清洗，去除油污和杂质，以保证共渗层的质量。
2. 预处理：在清洗后，将材料进行预处理，包括去除表面氧化层和疏水处理，以增加共渗层的附着力。
3. 等离子体激发：将材料放入等离子体反应室中，通过加热和施加电场，产生等离子体。
等离子体中的高能离子会轰击材料表面，使其发生化学反应。
4. 气体注入：在等离子体反应室中注入含有碳和氮的气体，如甲烷和氨气。
碳和氮元素会在等离子体的作用下与材料表面发生反应，形成碳氮化物层。
5. 冷却和清洗：等离子碳氮共渗完成后，将材料从反应室中取出，进行冷却和清洗，以去除残留的气体和碳氮化物。
三、应用等离子碳氮共渗广泛应用于各种材料的表面处理，包括金属、陶瓷和塑料等。
它可以显著改善材料的硬度、耐磨性和耐蚀性，提高材料的使用寿命。
以下是一些典型的应用领域：1. 机械加工：等离子碳氮共渗可以提高刀具、模具和轴承等零部件的硬度和耐磨性，延长其使用寿命，同时降低加工成本。
2. 汽车工业：等离子碳氮共渗可以应用于汽车发动机和传动系统的零部件，如曲轴、凸轮轴和齿轮等，提高其耐磨性和耐热性，提高发动机的性能和可靠性。
3. 航空航天：等离子碳氮共渗可以应用于航空发动机的涡轮叶片和涡轮盘等高温部件，提高其耐热性和耐腐蚀性，提高发动机的工作效率和寿命。
4. 医疗器械：等离子碳氮共渗可以应用于医疗器械的表面，如手术刀、植入物和骨科器械等，提高其耐磨性和生物相容性，减少患者的痛苦和并发症。
钢的碳氮共渗（第一讲）碳氮共渗是碳氮原子同时渗入工件表面的一种化学热处理工艺。
最早，碳氮共渗是在含氰根的盐浴中进行的，故此又称氰化。
渗碳与渗氮相结合的的工艺，具有如下特点：1．氮的渗入降低了钢的临界点。
氮是扩大γ相区的合金元素，降低了渗层的相变温度A1与A3，碳氮共渗可以在比较低的温度进行，温度不易过热，便于直接淬火，淬火变形小，热处理设备的寿命长。
2．氮的渗入增加了共渗层过冷奥氏体的稳定性，降低了临界淬火速度。
采用比渗碳淬火缓和的冷却方式就足以形成马氏体，减少了变形开裂的倾向，淬透性差的钢制成的零件也能得到足够的淬火硬度。
3．碳氮同时渗入，加大了它的扩散系数。
840~860℃共渗时，碳在奥氏体中的扩散速度几乎等于或大于930℃渗碳时的扩散速度。
共渗层比渗碳具有较高的耐磨性、耐腐蚀性和疲劳强度；比渗氮零件具有较高的抗压强度和较低的表面脆性。
按使用介质不同，碳氮共渗分为固体、液体、气体三种。
固体碳氮共渗与固体渗碳相似，经常采用30~40％黄血盐，10％碳酸铵和50~60％木炭为渗剂。
这种方法的生产效率低，劳动条件差，目前很少使用。
液体碳氮共渗以氰盐为原料，历史悠久，质量容易控制，但氰盐有剧毒，且价格昂贵，使用受到限制。
气体碳氮共渗的发展最快。
按共渗温度，碳氮共渗一般分为低温（500~560℃）、中温（780~850℃）和高温~880~950℃）三种。
前者以渗氮为主，现在已定义为氮碳共渗，后两者以渗碳为主。
习惯上所说的碳氮共渗，主要指中温气体氮碳共渗。
碳氮共渗零件的机械性能同渗层表面的碳氮浓度、渗层深度与浓度梯度有关。
共渗层的碳氮浓度必须严格控制，含量过低，不能获得高的强度、硬度与理想的残余应力，影响耐磨性与疲劳强度。
反之，则不仅表层出现大量不均匀的块状碳氮化合物，脆性增加；而且会使淬火后残余奥氏体量剧增，影响表面硬度和疲劳强度。
一般推荐最佳的碳、氮浓度分别为0.70~0.95％C和0.25~0.40％N。
很全面，渗碳+渗氮+碳氮共渗表面处理工艺渗碳与渗氮一般是指钢的表面化学热处理渗碳必须用低碳钢或低碳合金钢。
可分为固体、液体、气体渗碳三种。
应用较广泛的气体渗碳，加热温度900-950摄氏度。
渗碳深度主要取决于保温时间，一般按每小时0.2-0.25毫米估算。
表面含碳量可达0.85%-1.05%。
渗碳后必须热处理，常用淬火后低温回火。
得到表面高硬度心部高韧性的耐磨抗冲击零件。
渗氮应用最广泛的气体渗氮，加热温度500-600摄氏度。
氮原子与钢的表面中的铝、铬、钼形成氮化物，一般深度为0.1-0.6毫米，氮化层不用淬火即可得到很高的硬度，这种性能可维持到600-650摄氏度。
工件变形小，可防止水、蒸气、碱性溶液的腐蚀。
但生产周期长，成本高，氮化层薄而脆，不宜承受集中的重载荷。
主要用来处理重要和复杂的精密零件。
涂层、镀膜、是物理的方法。
“渗”是化学变化，本质不同。
钢的渗碳——就是将低碳钢在富碳的介质中加热到高温(一般为900-950C)，使活性碳原子渗入钢的表面，以获得高碳的渗层组织。
随后经淬火和低温回火，使表面具有高的硬度、耐磨性及疲劳抗力，而心部仍保持足够的强度和韧性。
渗碳钢的化学成分特点（1）渗碳钢的含碳量一般都在0.15%-0.25％范围内，对于重载的渗碳体，可以提高到0.25%-0.30％，以使心部在淬火及低温回火后仍具有足够的塑性和韧性。
但含碳量不能太低,，否则就不能保证一定的强度。
（2）合金元素在渗碳钢中的作用是提高淬透性，细化晶粒，强化固溶体，影响渗层中的含碳量、渗层厚度及组织。
在渗碳钢中通常加入的合金元素有锰、铬、镍、钼、钨、钒、硼等。
常用渗碳钢可以分碳素渗碳钢和合金渗碳钢两大类（1）碳素渗碳钢中，用得最多的是15和20钢，它们经渗碳和热处理后表面硬度可达56-62HRC。
但由于淬透性较低，只适用于心部强度要求不高、受力小、承受磨损的小型零件，如轴套、链条等。
（2）低合金渗碳钢如20Cr、20Cr2MnVB、20Mn2TiB等，其渗透性和心部强度均较碳素渗碳钢高，可用于制造一般机械中的较为重要的渗碳件，如汽车、拖拉机中的齿轮、活塞销等。
渗碳、滲氮、碳氮共渗的说明
1.渗碳:渗碳后的工件经淬火和低温回火，使表面具有高硬度河耐磨性，而心部仍保持良好的塑性河韧性，从而满足工件外硬内韧的使用要求。
2.渗氮：零件渗氮后表面形成一层氮化物，不需要淬火就可以具有高的硬度、耐磨性、抗疲劳性河一定的腐蚀性，而且变形也很小，可以直接使用。
20Cr和40Cr渗碳淬火洛氏硬度HR C58-62.
渗氮用钢常常要求含有:Al、Cr、Mo等合金元素的钢，如果没有含上述元素（或含很少），因其生成的渗氮层很脆，容易剥落，不适合作为渗氮钢。
45钢的化学成分：
C=0.42 -0.50%；Si=0.17-0.37%；Mn=0.50-0.80%；Cr≤0.2%；Ni≤0.30%；Cu≤0.25%
故45#钢一般不能氮化。
适合氮化的钢有：38CrMoAlA，40Cr、42CrMo、50CrV等含有Al、Cr、Mo等合金元素的钢。
中高碳钢都可以淬火，锰钢也可以淬火。
3.碳氮共渗：又称氰化。
碳氮共渗是将钢件表面同时渗入碳原子河氮原子，形成碳氮共渗层，以提高工件的硬度、耐磨性河疲劳强度的处理方法。
碳氮硼三元共渗碳氮硼三元共渗是一种先进的表面处理技术，它可以在金属表面形成一层具有高硬度、高耐磨性、高耐腐蚀性和高抗疲劳性的复合层，从而提高金属零件的使用寿命和性能。
碳氮硼三元共渗的工艺流程包括预处理、共渗、淬火和回火四个步骤。
首先，需要对金属表面进行清洗和除油处理，以保证共渗剂能够充分渗透到金属表面。
然后，将含有碳、氮和硼的共渗剂涂覆在金属表面上，并在高温下进行共渗处理，使共渗剂中的元素能够在金属表面上扩散和反应，形成一层复合层。
接着，对金属进行淬火处理，使复合层中的晶体结构得到改善，硬度和耐磨性得到提高。
最后，进行回火处理，以消除淬火过程中产生的残余应力和提高复合层的韧性。
碳氮硼三元共渗技术具有以下优点：1. 提高金属零件的硬度和耐磨性。
共渗剂中的碳、氮和硼元素能够在金属表面上形成一层具有高硬度和高耐磨性的复合层，从而提高金属零件的使用寿命和性能。
2. 提高金属零件的耐腐蚀性。
共渗剂中的氮元素能够在金属表面上形成一层具有高耐腐蚀性的氮化物层，从而提高金属零件的抗腐蚀能力。
3. 提高金属零件的抗疲劳性。
共渗剂中的硼元素能够在金属表面上形成一层具有高抗疲劳性的硼化物层，从而提高金属零件的抗疲劳能力。
4. 工艺简单、成本低廉。
碳氮硼三元共渗技术的工艺流程简单，成本低廉，适用于大规模生产。
5. 可以应用于多种金属材料。
碳氮硼三元共渗技术不仅适用于钢铁材料，还可以应用于铜、铝、镁等多种金属材料。
总之，碳氮硼三元共渗技术是一种先进的表面处理技术，具有广泛的应用前景。
在未来的发展中，我们可以进一步研究和优化该技术的工艺流程和性能，以满足不同领域的需求。
