自20世紀初在冶金研究中被偶然發現以來，滲氮工藝一直在改進。由於溫度相對較低和精確度高，滲氮工藝對不同行業和應用中的眾多部件都非常有用。
圖1. 氣體滲氮 – 表面層堅硬，耐磨，光滑
作為20世紀初開始應用的一項表面硬化技術，滲氮一直是鋼製部件的一種有效的低溫熱處理方法，甚至在技術人員和冶金學家們完全瞭解它的機制之前就是如此。
它的吸引力在於能夠透過使氮溶解到部件表面而使其得到硬化，由於不需要奧氏體化而消除了部件變形的風險。這為種類日益增多的部件提高效能創造了條件。隨著業界認識到這種方法對眾多部件和應用都非常有效，它的普及度越來越高。
滲氮鋼的起源
冶金學家AdolphMachlet在1906年偶然發現了滲氮的方法。在那一年，他申請了一項專利，在爐內使用氨氣來取代空氣以避免鋼製部件發生氧化。在提交了專利申請後不久他注意到，在一定的溫度下使用氨氣氣氛處理部件，能夠在部件表面形成一個很難腐蝕或變色的“表層、護層或鍍層”。
也是在1906年，德國冶金學家Adolph Fry在主持一個研究課題時獲得了與Machlet同樣的發現。他還注意到，在鋼中增加合金元素對滲氮的效果有很大影響。
Machlet的滲氮專利於1913和1914年在美國被批准，而Fry則在1924年因為自己的工藝而獲得了專利。
工藝的原理
滲氮工藝的第一步是在爐內將鋼製部件加熱到一個與其他熱處理工藝相比較低的溫度（510度 – 590度，取決於部件的預期用途）。在這個不太高的溫度水平下，鋼仍然是鐵素體組織，這意味著沒有發生改變結構的相變。
但是，這個溫度已經足以使噴入爐內的氨氣分子在接觸到工件後發生分解。這一分解產生了氮原子，它們溶解到鋼中，產生了期望的擴散區。另外，還形成了一個很小的金屬間化合物層。
滲氮的一個不同於其他熱處理工藝的優點是，現代滲氮裝置能夠透過採用計算機控制氨的噴射而改變表面層深度。還有一個優點是，部件採用緩冷而不是淬火急冷，進一步降低了變形的風險。
工藝的精確度使得部件經過一個步驟即可達到期望質量。因此，部件不需要透過回火而軟化到要求的指標。
圖2. 採用氣體滲氮的1006鋼（500倍）
圖3. 採用氣體滲氮的H13鋼（500倍）
普及度的提高
由於滲氮後的鋼製部件具有優異的表面質量而變形風險極低，這種工藝在眾多行業中已經成為了最主要的部件處理方法。
•汽車零部件製造商對齒輪、曲軸和閥門部件進行滲氮處理，因為這樣能夠在部件表面生成高硬度的擴散層。疲勞強度的提高抑制了表面和皮下裂紋的產生。
• 滲氮對於工具鋼和鍛造模具製造商是一種極具吸引力的熱處理方案，因為它在沒有變形風險的前提下提高了表面硬度，而且能夠抑制鍛造模具回火和鋁合金壓鑄模具焊合現象的發生。
• 武器製造商對槍管和套筒之類的部件進行滲氮處理，因為這樣能夠降低摩擦係數，提高耐磨性和疲勞強度，還在一定程度上改善了耐蝕效能。
預計滲氮工藝的普及度將會繼續提高。採用的方法和技術只會變得越來越好，因為這種工藝的精確度會越來越高。
如果技術人員還沒有考慮對新材料和新設計採用滲氮工藝，現在是時候開始這樣做了。
氮碳共滲
氮碳共滲是使碳和氮一起溶解到工件中，但在氮碳共滲中使用的氮要多於在碳氮共滲中。氮碳共滲有兩種型別：奧氏體氮碳共滲和鐵素體氮碳共滲。
奧氏體氮碳共滲需要達到在部件表面生成氮富集區的溫度。在這個區有相變發生，使氮能夠擴散。
鐵素體氮碳共滲在較低溫度下進行，沒有相變發生。鐵素體氮碳共滲的獨特之處在於，無需將金屬部件加熱到相變溫度即可達到表面硬化的目的（它在524度 – 607度之間進行）。氮原子在這個溫度範圍內能夠溶解在鐵中，但部件變形的風險大大降低。而在這種低溫工藝中，碳原子由於形狀和尺寸的原因而不能擴散到部件內。
氮碳共滲的硬化層深度通常小於碳氮共滲。
採用氮碳共滲工藝提高效能的部件包括汽車和重型裝置的傳動系部件，槍管和套筒等武器部件，還有製造工藝用模具。
氮碳共滲能夠降低部件腐蝕的可能性，並且改善它們的外觀。這項工藝一般只需要數小時。
圖4. 採用鐵素體氮碳共滲的球墨鑄鐵（500倍）
圖5. 採用鐵素體氮碳共滲的灰鑄鐵（1,000倍）
