3.7 滲硫、硫氮共滲及硫氮碳共滲

3.7.1 滲硫

將硫滲入到工件表層的化學(xué)熱處理工藝稱為滲硫。在已硬化的工件表面滲硫，形成厚度為5～15μm的FeS+FeS₂化學(xué)轉(zhuǎn)化膜，使零件能自身潤滑，有效地抗咬死、抗擦傷和粘著，并可降低噪聲。滲硫溫度低，工件無變形，滲后不影響工件的硬度和精度。具有工業(yè)應(yīng)用價值的滲硫工藝見表3-34。

表3-34 滲硫工藝

低溫電解滲硫，工件為陽極，鹽槽為陰極，因FeS轉(zhuǎn)化膜形成速度快，保溫10min后的增厚速度甚微，故無需超過20min/次。

固體滲流是將工件埋入92%（質(zhì)量分?jǐn)?shù)）硫酸亞鐵、1%～2%二硫化鐵、3%氯化銨、3%石墨的滲硫劑中，裝箱加熱。于540～570℃滲硫，對高速工具鋼刀具的使用壽命有明顯提高。

3.7.2 硫氮共滲

硫氮共滲與以下介紹的硫氮碳共滲是將滲硫與滲氮和氮碳共滲相結(jié)合的工藝。硫氮共滲和硫氮碳共滲的外層主要是滲硫?qū)樱Σ烈蛩匦。挂Ш夏芰Α⒖共羵芰?qiáng)，耐磨性好；滲層的里層是硬度高的滲氮層或氮碳共滲層，起支撐作用，耐磨性好，因而具有滲硫?qū)雍蜐B氮層雙重優(yōu)點。

1.硫氮共滲及其與蒸汽處理相結(jié)合的復(fù)合處理

硫氮共滲及其復(fù)合處理的介質(zhì)成分與工藝參數(shù)見表3-35。

表3-35 硫氮共滲及其復(fù)合處理介質(zhì)與工藝參數(shù)

（續(xù)）

經(jīng)鹽浴硫氮共滲的W6Mo5Cr4V2鋼制鏈片沖頭使用壽命成倍提高；3Cr2W8V鋼制鋁合金壓鑄模，比氮碳共滲的使用壽命提高3倍。硫氮共滲的突出優(yōu)點是抗咬合、耐磨損、耐疲勞、耐腐蝕、處理時間短、設(shè)備簡單、操作方便、鹽浴毒性小，氰根含量為0.05%～0.10%，是低污染鹽浴，但三廢也必須處理，達(dá)標(biāo)后方可排放。

氣體硫氮共滲的介質(zhì)是氨氣和硫化氫氣體。硫化氫是鹽酸與硫化鐵作用后通入爐內(nèi)，大多選用530～560℃×1～3h共滲工藝，可得到厚度為0.02～0.03mm的滲層。經(jīng)硫氮共滲的高速工具鋼刀具表面硬度為950～1050HV。

2.離子硫氮共滲

國內(nèi)有些大學(xué)、研究所研制成功離子硫氮共滲，向滲氮爐中通入不同比例的氨氣和硫化氫進(jìn)行硫氮共滲，共滲溫度為520～560℃，處理時間為1～3h。離子硫氮共滲采用H₂S∶NH₃=（1∶20）～（1∶30），共滲工藝為560℃×3h，可得到0.008～0.012mmFeS和Fe_1-XS的滲硫?qū)雍洼^厚的Fe_2～3N和Fe₄N滲氮層，高硬度區(qū)達(dá)0.040mm。硬度較低的薄硫化物層與硬度較高的厚滲氮層相結(jié)合，具有較低的摩擦因數(shù)和較高的耐磨性，在苛刻的摩擦條件下表現(xiàn)出很好的抗咬合性能。離子硫氮共滲已成功應(yīng)用于工具、模具及一些摩擦副的熱處理，具有比其他強(qiáng)化處理更高的功效。高速工具鋼不同共滲方法的滲速比較見表3-36。

表3-36 高速工具鋼不同共滲方法的滲速比較

3.7.3 硫氮碳共滲

在一定溫度的共滲介質(zhì)中，使硫、氮、碳同時滲入工件表面的化學(xué)熱處理工藝稱為硫氮碳共滲。硫氮碳共滲兼有氮碳共滲與滲硫的特點，能賦予工件優(yōu)良的耐磨、減摩、抗咬合、疲勞性能，并改善鋼鐵件（除不銹鋼）的耐蝕性。硫氮碳共滲滲劑及工藝參數(shù)見表3-37。

表3-37 硫氮碳共滲滲劑及工藝參數(shù)

（1）熔鹽法 表3-37列出三類熔鹽法，還有些單位用54%（NH₂）2CO+44%K₂CO₃+2%Na₂S鹽浴（質(zhì)量分?jǐn)?shù)），共滲溫度為350～420℃。法國研制的SursuIf法硫氮碳共滲鹽浴由基鹽CR₄、再生鹽CR₂和少量的硫化鉀組成。基鹽CR₄以尿素為主，原料無氰根；但工作過程中不斷產(chǎn)生氰根，鹽浴中氰酸根分解產(chǎn)生滲氮所需的活性[N]。

武漢材料保護(hù)研究所研制的J-1、JIA、JIU氮碳共滲基鹽和Z-1、Z-2再生鹽配合進(jìn)行硫氮碳共滲處理，隨后還開發(fā)了硫氮碳釩共滲基鹽J-3。硫氮碳釩共滲改變了滲層結(jié)構(gòu)，組織為Fe₄N+V（NC）。Fe₄N中部分鐵原子被釩原子置換，增加了點陣畸變，使?jié)B層硬度提高100～200HV，綜合性能優(yōu)于硫氮碳共滲。

（2）氣體法 氣體法硫氮碳共滲可在井式氣體滲碳爐中進(jìn)行，常用滴入法。使用的滲劑為：1kg（三乙醇胺）和1kg（乙醇）溶解20g尿素，滴入爐內(nèi)，并通過一定量的氨氣提高氮原子濃度。對高速工具鋼刀具和部分熱作模具，進(jìn)行540～560℃×1～3h硫氮碳共滲。結(jié)構(gòu)鋼使用氣體硫氮碳共滲，共滲溫度可稍高一些。