碳氮共渗是以渗碳为主的，但由于碳氮共渗过程中多了氮的参与，使其物理化学过程和渗层性质等方面有其自身的特点[9]碳氮共渗有以下特点：

① 碳氮共渗温度低于渗碳温度

② 碳氮共渗层的碳、氮浓度高，但残余奥氏体较多

③ 碳氮共渗层的淬透性

④ 碳氮共渗速度高于渗碳速度

⑤ 碳氮共渗层中可允许有一定数量的碳化物

碳氮共渗层的组织取决于共渗层中碳、氮浓度及其分布情况，钢种及共渗温度。退火状态的组织与渗碳相似。一般中温碳氮共渗层淬火组织，表面为马氏体基底上弥散分布的碳氮化合物，向里为马氏体加残余奥氏体，残余奥氏体数量较多，马氏体为高碳马氏体，再往里残余奥氏体量减少，马氏体也逐渐由高碳马氏体过渡到低碳马氏体[9]。碳氮共渗的组织缺陷通常有黑色组织、黑相、氧化物网络表层壳状化合物，过量的残余奥氏体和表面脱碳等，其中出现最多的是黑色组织，它对零件的性能影响很大。

1.3.1 液体碳氮共渗

液体碳氮共渗是指在能分解出活性[C]、[N]原子的盐浴中进行的碳氮共渗处理工艺。最早开发的碳氮共渗工艺是指在含有氰化盐的盐浴中，利用氰化盐分解产生的[C]、[N]原子渗入到钢件表面得到以碳为主的碳氮共渗层。生产中常用的液体碳氮共渗盐浴成分为30%NaCN+25%Na2CO3+45%NaCl。熔点为605℃，使用温度在760~870℃之间。加热时，NaCN与空气和盐浴中的氧化作用，生成氰酸钠。

             2 NaCN+ O2→2NaCNO

氰酸钠不稳定，继续被氧化和自身分解，产生活性碳原子。

2NaCNO+ O2→Na2CO3+CO+2[N]

4NaCNO→Na2CO3+CO+2[N]+2 NaCN

2CO→CO2+[C]

这些活性碳、氮原子被工件表面吸收，并扩散到内部。由上可以看出，盐浴的活性取决于NaCNO的含量。

这种方法的缺点是毒性大，劳动条件差，且渗层不易控制。以此，我国又研制了用尿素代替氰化盐作为共渗介质，反应如下：

            3(NH2CO)2+Na2CO3→2NaCNO+4NH3+2CO2

氰酸钠再反应分解出活性氮原子和一氧化碳。

1.3.2 气体碳氮共渗

气体碳氮共渗用的介质实际上就是渗碳和氮化的混合气体。常用的渗碳气体有煤油热解气或吸热式可控气体加富化气；氮化气体则常用氨气。另外也有少数工厂采用三乙醇胺作为碳氮共渗介质。目前我国许多小型工厂常在井式气体渗碳炉中滴入煤油和通入氨气来完成碳氮共渗过程。

在共渗温度，煤油和氨气分别进行分解而产生活性碳原子和氮原子。此外，氨气也还可能和炉气中的甲烷，一氧化碳发生反应。也可以将尿素溶解在甲醇里作为滴入剂进行碳氮共渗。

1.3.3 液相感应碳氮共渗

感应碳氮渗技术是一种快速、便捷、低成本以及环境友好的新型碳氮渗技术。该技术将感应加热器和被加工件同时浸入到活性液体介质或者保护性的液体介质中，利用感应加热工艺将所需要加工的部位加热到所需的温度，同时，液体介质在被加热部位发生分解，产生大量的碳氮活性原子，被加工件吸收、扩散，获得所需要的碳氮共渗层。

1.3.3.1液相感应碳氮渗技术研究现状

美国人S.M.Gugel自1998年开始研发此种在液相中感应加热渗氮、碳的技术并取得许多成果 [10]。在国内此项技术的研究尚处起步阶段。南京理工大学的樊新民教授及其团队近年来一直致力于此项技术的研究开发，取得了宝贵经验。

所构建的实验装置如图1.1