氮碳共渗技术在工业中的应用现状及前景分析

根据使用的介质种类，气体氮碳共渗分为三大类。

1.混合气体氮碳共渗

氨气加入吸热式气氛（RX）可进行氮碳共渗。吸热式气氛由乙醇、丙酮等有机溶剂裂解，或由烃类气体制备而成。吸热式气氛的成分一般控制在φ（H₂）为32%～40%，φ（CO）为20%～24%，φ（CO₂）≤1%，φ（N₂）38%～43%，气氛的碳势用露点仪测定。φ（NH₃）∶φ（RX）≈1∶1时，气氛的露点控制到±0℃，可获得较理想的渗氮层和渗氮速度。

氨气中加入放热式气氛（NX）也可进行氮碳共渗，混合气中φ（NH₃）∶φ（NX）≈（5～6）∶（4～5）。放热式气氛成分一般为φ（CO₂）≤10%，φ（CO）＞5%，φ（H₂）＞1%，余量为N₂。

由于放热式气氛中CO的含量较低，它与氨气混合进行氮碳共渗，比采用吸热式气氛排出的废气中有毒物质HCN的含量低得多，而且制备成本也较低，有利于推广应用。此外，氨气还可直接与烷类气体介质（如甲烷、丙烷等）混合，进行氮碳共渗。

多数钢种的最佳氮碳共渗温度为560～580℃。为了不降低基体强度，共渗温度应低于调质处理的回火温度。保温时间和吸热式气氛（RX）露点对氮碳共渗层深度与表面硬度的影响分别见表7-17和表7-18。

表7-17 保温时间对氮碳共渗层深度与表面硬度的影响

表7-18 吸热式气氛（RX）露点对氮碳共渗层深度与表面硬度的影响

注：共渗条件为φ（NH₃）∶φ（RX）=2∶3，氮分解率20%～30%，共渗温度570℃，保温时间4h，油冷。(www.xing528.com)

2.尿素热解氮碳共渗

尿素在500℃以上发生如下分解反应：

其中，活性氮、碳原子作为氮碳共渗的渗剂。尿素可通过三种方式送入炉内：采用机械（如螺杆式）送料器将尿素颗粒送入炉内，在共渗温度下热分解；将尿素在裂解炉中分解后再送入炉内；用有机溶剂（如甲醇）按一定比例溶解后滴入炉内，然后发生热分解。

除了共渗温度、保温时间、冷却方式等因素外，尿素的加入量对氮碳共渗效果也会产生很大影响。根据渗氮罐大小及不同的装炉量，尿素的加入量可在500～1000g/h范围内变化。

3.滴注式气体氮碳共渗

滴注剂采用甲酰胺、乙酰胺、三乙醇胺、尿素及甲醇、乙醇等，以不同比例配制。

采用70%甲酰胺+30%尿素（质量分数）作为渗剂进行气体氮碳共渗，保温时间为2～3h，各种材料的氮碳共渗结果见表7-19。也可以在通入氨气的同时，滴入甲酰胺、乙醇、煤油等液体渗剂进行滴注式气体氮碳共渗。

表7-19 70%甲酰胺+30%尿素氮碳共渗结果