低压渗碳
气体渗氮
氧化处理
渗碳是一种将碳原子渗入金属表面的化学热处理工艺，它可使得金属的表面获得优良的物理及化学属性，比如提高表面的硬度，耐磨性，耐腐蚀性等等。
渗碳工艺类型有很多，按照使用的渗碳介质不同，可分为:固体渗碳、液体渗碳、气氛渗碳和特殊渗碳等等。固体渗碳是将工件埋入装有固体渗碳剂如木炭之中，或在工件表面上涂一层渗碳膏剂，然后装入炉子中加热渗碳；液体渗碳是将工件直接放入能分解出活性碳原子的盐液中加热渗碳；气氛渗碳在气体介质中进行，可在天然气、石油裂化气和吸热式、氮基可控气氛中渗碳，也可以在滴注液体渗碳剂的分解气体中渗碳；特殊渗碳通常在特定的物理条件下进行，比如离子轰击条件下的离子渗碳、电解放电条件下的电解渗碳、流动粒子状态下的流态床渗碳以及本文介绍的低压渗碳等等。低压渗碳是在接近真空的环境下通入微量的渗碳介质进行的，因此也被称为真空渗碳（Vacuum Carburizing）。
在低压渗碳技术出现之前，气氛渗碳作为渗碳的主流工艺已经被深入地研究并广泛地应用于各行各业。气氛渗碳由渗碳介质（比如甲烷，丙烷，甲醇等等）产生的一氧化碳作为主要的碳源，再通过富化气和空气来调节气氛的碳势，可以实现对渗碳过程的精确控制。尽管如此，气氛渗碳仍有许多不尽如人意之处，比如：工件表面容易出现晶间氧化；工件处理后变形大；对深盲孔零件的处理能力差；渗碳周期较长，消耗能源巨大等等。
因此，当二十世纪七十年代新的低压渗碳技术(Low Pressure Carburizing），一经发表就受到热处理行业的广泛关注，被誉为“70年代划时代的新技术”。与传统气氛渗碳相比，低压渗碳具有鲜明的特点，以及由此带来的无与伦比的优势。
第一，低压渗碳采用的渗碳介质是饱和（如丙烷）或不饱和碳氢化合物（如乙炔），成分中不含氧元素，渗碳过程中也不再有其他富化气和空气引入，从根本上解决了内氧化以及氮氧化物生成的问题；
第二，低压渗碳在高温且低压条件下进行，渗碳介质迅速裂解得到大量的碳，可以迅速在工件表面建立高碳势，大大缩短了渗碳周期；
第三，低压渗碳工艺是强渗加扩散交替进行，既可以避免表面碳化物的生成，又可以解决深盲孔件的内部渗碳问题。所用的气氛介质只有传统渗碳炉的百分之一，极大地降低了易燃易爆气体的使用量，即降低了气体成本，又提高了操作安全性。
第四，低压渗碳在真空炉中进行加热渗碳，可以方便的与高压气淬工艺相结合，进行无油淬火，保证表面光亮，节约清洗成本。更加环保和清洁。
低压渗碳技术已经在汽车齿轮，航空标准件，燃油喷射系统等等领域获得大量应用，它以高效，环保，经济，安全，灵活的特点正在获得热处理用户越来越多的关注和青睐。
首先，渗氮是一种向金属表面渗入氮原子的化学热处理工艺。气体渗氮顾名思义，所采用的渗氮介质是气体，一般是氨气。因为氨气容易在金属表面受热裂解产生氢气和氮气，在这个裂解的过程中会有微量的活性氮原子产生。这些活性氮原子被金属原子捕捉产生氮化物或者扩散到金属内部，这个过程就是渗氮。渗氮工艺使得金属表面产生氮原子的固溶强化以及氮化物的弥散强化，从而获得很高的硬度以及耐磨性。致密的氮化物层也会产生在金属表面，它的硬度更高，并且具有很高的耐酸碱腐蚀性，在金相腐蚀下也保持白亮色，因此也被称为“白亮层”。
气体氮化还可以继续细分为“硬氮化”和“软氮化”。“硬氮化”指的是只采用氨气作为渗氮介质，只有氮原子渗入的氮化工艺。“软氮化”指的是采用多种渗氮介质，既有氮原子又有碳原子渗入的氮化工艺。当然，这一称谓缺乏严谨性，“软氮化”的真正学名应为“氮碳共渗”（Nitro-carburizing），意指在渗氮的同时进行渗碳的过程。它与另一重要的化学热处理工艺—碳氮共渗（Carbo-nitriding）只有一字之别，应注意区分。氮碳共渗是以渗氮为主，渗碳为辅，所以其工作温度低于Fe-N 二元合金共析温度590℃，通常为530℃至570℃之间，稍高于传统气体渗氮温度。而碳氮共渗是以渗碳为主，渗氮为辅，其工作温度高于Fe-C 二元合金共析温度727℃，通常为830℃至880℃之间，稍低于传统气体渗碳温度。
“软氮化”按渗氮介质的不同又可以分为固体、液体软氮化和气体软氮化，其中最早出现的是液体软氮化工艺，即在含剧毒的氰盐盐浴中进行的氮碳共渗工艺，由于该方法会产生大量污染环境的氰化物，所以逐渐被禁止使用。取而代之的是目前应用最广泛的以NH3 及其分解产物作为渗氮介质，以CO2 或甲醇、丙烷等有机化合物为渗碳介质的气体氮碳共渗工艺。
气体氮化的应用十分广泛，几乎所有金属都可以对其进行表面氮化处理。以碳钢为例，从低碳的纯铁以及易切削钢，到中碳的合金钢，再到高碳的高速钢，都有渗氮的应用。推广开去，渗氮还能应用于球墨铸铁，轴承钢，模具钢，奥氏体不锈钢，钛合金等等比较特殊的钢种或者合金。这些应用所要求的技术指标各不相同，也由此对应了各种复杂的氮化工艺。比如球墨铸铁往往需要较高的氮势而压铸模具钢则希望无白亮层的工艺，奥氏体不锈钢为了保证耐腐蚀性不希望在较高的温度下渗氮，而钛合金则适用于高温下的氮化工艺。此外，气体氮化的工艺还要结合前后的热处理工艺综合考虑，比如，氮化前的调质温度，组织形态，预氧化效果，喷丸处理，氮化之后的后氧化处理，表面涂层PVD，CVD等。
从广义的角度讲，物质失去电子的过程叫做氧化，相反，得到电子的过程叫做还原。从狭义的角度讲，人们习惯把物质与氧反应生成氧化物的过程叫做氧化，物质失去氧的过程叫做还原。在金属热处理领域，氧化工艺主要指的是金属与氧化剂反应生成金属氧化物的表面处理工艺。通常是指氧原子与金属表面的Fe发生反应生成Fe2O3以及Fe3O4的过程。其中，氧化生成的Fe2O3一般呈橙红色，质地疏松，耐腐蚀性差，就是我们通常所说的“红锈”，“铁锈”；Fe3O4呈蓝黑色，质地致密，耐腐蚀性优良。因此，如果我们能够控制金属表面只生成致密的Fe3O4氧化层，而不生成疏松的Fe2O3氧化层，不仅能获得均匀的蓝黑色外观，还能使得金属表面获得优良的耐腐蚀性能。经过进一步地抛光和浸油润滑之后，金属表面的摩擦系数会更小，从而获得更好的耐摩擦磨损的性能。
金属材料的氧化处理有很多种，最为常用的是用水蒸汽在450℃~550℃的温度区间对金属表面进行处理，因此又被称为“蒸汽处理”(Steam Treating)。铁基材料的氧化因为生成的Fe3O4氧化膜主要呈蓝黑色，因此又被称为“发蓝”或者“发黑”工艺。还有一些氧化处理是在盐浴中进行的，比较典型的是“QPQ”工艺，实际上是盐浴氮化加氧化的复合工艺。
在气体氮化之后，也可以跟随氧化工艺，习惯上称这种氧化为“后氧化”(Post-oxdiation)，意为氮化之后的氧化。后氧化工艺可以在氮化炉中随即进行，也可以在专门的氧化炉中进行。后氧化采用的介质主要是纯水，可以先汽化为水蒸气再通入炉内，也可以直接滴入利用炉内高温汽化。后氧化的温度一般控制在550℃以下，超过这一温度会有不稳定的FeO产生，影响氧化膜的致密性。后氧化的时间视不同的钢材以及所需的氧化膜厚度而定，一般氧化膜的厚度控制在1um~3um之间，超过这一厚度，氧化膜中的Fe2O3含量会上升，反而影响耐腐蚀性能。
氮化加后氧化的工艺组合成功应用于许多需要耐磨耐腐蚀的汽车零部件上，比如转向机构中的球头，销子，轴承套圈，紧固件，垫片等等。氮化之后的超强表面硬度加上后氧化之后的耐腐蚀性完美结合，使得零件的磨损量降到最低，极大延长零部件的使用寿命。氮化加后氧化符合处理工艺也越来越多地应用于工模具行业，比如用作铝挤压模具的热作钢H13，经过氮化加后氧化表面处理之后，可以极大地提高模具的耐热熔损性能，减少铝液在模具表面的粘连，成倍地提高模具的使用寿命。