3.7 渗硫、硫氮共渗及硫氮碳共渗

3.7.1 渗硫

将硫渗入到工件表层的化学热处理工艺称为渗硫。在已硬化的工件表面渗硫，形成厚度为5～15μm的FeS+FeS₂化学转化膜，使零件能自身润滑，有效地抗咬死、抗擦伤和粘着，并可降低噪声。渗硫温度低，工件无变形，渗后不影响工件的硬度和精度。具有工业应用价值的渗硫工艺见表3-34。

表3-34 渗硫工艺

低温电解渗硫，工件为阳极，盐槽为阴极，因FeS转化膜形成速度快，保温10min后的增厚速度甚微，故无需超过20min/次。

固体渗流是将工件埋入92%（质量分数）硫酸亚铁、1%～2%二硫化铁、3%氯化铵、3%石墨的渗硫剂中，装箱加热。于540～570℃渗硫，对高速工具钢刀具的使用寿命有明显提高。

3.7.2 硫氮共渗

硫氮共渗与以下介绍的硫氮碳共渗是将渗硫与渗氮和氮碳共渗相结合的工艺。硫氮共渗和硫氮碳共渗的外层主要是渗硫层，摩擦因素小，抗咬合能力、抗擦伤能力强，耐磨性好；渗层的里层是硬度高的渗氮层或氮碳共渗层，起支撑作用，耐磨性好，因而具有渗硫层和渗氮层双重优点。

1.硫氮共渗及其与蒸汽处理相结合的复合处理

硫氮共渗及其复合处理的介质成分与工艺参数见表3-35。

表3-35 硫氮共渗及其复合处理介质与工艺参数

（续）

经盐浴硫氮共渗的W6Mo5Cr4V2钢制链片冲头使用寿命成倍提高；3Cr2W8V钢制铝合金压铸模，比氮碳共渗的使用寿命提高3倍。硫氮共渗的突出优点是抗咬合、耐磨损、耐疲劳、耐腐蚀、处理时间短、设备简单、操作方便、盐浴毒性小，氰根含量为0.05%～0.10%，是低污染盐浴，但三废也必须处理，达标后方可排放。

气体硫氮共渗的介质是氨气和硫化氢气体。硫化氢是盐酸与硫化铁作用后通入炉内，大多选用530～560℃×1～3h共渗工艺，可得到厚度为0.02～0.03mm的渗层。经硫氮共渗的高速工具钢刀具表面硬度为950～1050HV。

2.离子硫氮共渗

国内有些大学、研究所研制成功离子硫氮共渗，向渗氮炉中通入不同比例的氨气和硫化氢进行硫氮共渗，共渗温度为520～560℃，处理时间为1～3h。离子硫氮共渗采用H₂S∶NH₃=（1∶20）～（1∶30），共渗工艺为560℃×3h，可得到0.008～0.012mmFeS和Fe_1-XS的渗硫层和较厚的Fe_2～3N和Fe₄N渗氮层，高硬度区达0.040mm。硬度较低的薄硫化物层与硬度较高的厚渗氮层相结合，具有较低的摩擦因数和较高的耐磨性，在苛刻的摩擦条件下表现出很好的抗咬合性能。离子硫氮共渗已成功应用于工具、模具及一些摩擦副的热处理，具有比其他强化处理更高的功效。高速工具钢不同共渗方法的渗速比较见表3-36。

表3-36 高速工具钢不同共渗方法的渗速比较

3.7.3 硫氮碳共渗

在一定温度的共渗介质中，使硫、氮、碳同时渗入工件表面的化学热处理工艺称为硫氮碳共渗。硫氮碳共渗兼有氮碳共渗与渗硫的特点，能赋予工件优良的耐磨、减摩、抗咬合、疲劳性能，并改善钢铁件（除不锈钢）的耐蚀性。硫氮碳共渗渗剂及工艺参数见表3-37。

表3-37 硫氮碳共渗渗剂及工艺参数

（1）熔盐法 表3-37列出三类熔盐法，还有些单位用54%（NH₂）2CO+44%K₂CO₃+2%Na₂S盐浴（质量分数），共渗温度为350～420℃。法国研制的SursuIf法硫氮碳共渗盐浴由基盐CR₄、再生盐CR₂和少量的硫化钾组成。基盐CR₄以尿素为主，原料无氰根；但工作过程中不断产生氰根，盐浴中氰酸根分解产生渗氮所需的活性[N]。

武汉材料保护研究所研制的J-1、JIA、JIU氮碳共渗基盐和Z-1、Z-2再生盐配合进行硫氮碳共渗处理，随后还开发了硫氮碳钒共渗基盐J-3。硫氮碳钒共渗改变了渗层结构，组织为Fe₄N+V（NC）。Fe₄N中部分铁原子被钒原子置换，增加了点阵畸变，使渗层硬度提高100～200HV，综合性能优于硫氮碳共渗。

（2）气体法 气体法硫氮碳共渗可在井式气体渗碳炉中进行，常用滴入法。使用的渗剂为：1kg（三乙醇胺）和1kg（乙醇）溶解20g尿素，滴入炉内，并通过一定量的氨气提高氮原子浓度。对高速工具钢刀具和部分热作模具，进行540～560℃×1～3h硫氮碳共渗。结构钢使用气体硫氮碳共渗，共渗温度可稍高一些。