离子氮碳共渗是将工件放在离子辉光放电的真空容器中，将工件作为阴极，容器壁作为阳极，向炉内通入稀薄的氮气和丙烷，在直流电场的作用下，使得炉内的气体发生电离，电离产生的活性碳、氮离子以高速轰击阴极工件表面，并扩散进入工件表面形成渗层的过程。　　该研究选用调质态的45钢和42CrMo钢作为研究材料，研究了在783K温度下丙烷浓度（0.5％~2.5％）、炉内气压（170Pa~290Pa）以及离子氮碳共渗温度（763K~823K）和时间（0.5h~4h）对离子氮碳共渗效果的影响。另外，研究了合金元素对离子氮碳共渗动力学的影响，分别得出了45钢和42CrMo钢的化合物层的生长动力学方程以及扩散激活能。为了对离子氮碳共渗后的试样进行渗层组织、物相结构、硬度以及耐蚀性等方面的测试，实验中使用检测设备主要有金相显微镜、维氏显微硬度计、X射线衍射仪、扫描电子显微镜和电化学工作站等。　　结果表明：随丙烷浓度的增加，化合物层厚度和表面硬度均呈现先增大后减小的趋势。当丙烷浓度为1.5％时，510℃离子氮碳共渗4h后，化合物层厚度和表面硬度分别达到最大值40μm和779HV0.05，同时得到以ε相为主，并伴有极少量渗碳体的最优物相组成。当丙烷浓度超过1.5％时，化合物层厚度和表面硬度均下降，当丙烷浓度为2.5％时，渗碳体成为主要物相，从而阻碍C、N原子向基体内的进一步扩渗。　　随着氮碳共渗温度的上升，化合物层厚度逐渐增加，有效硬化层厚度也随之增厚。但 X射线衍射分析表明：当离子氮碳共渗处理温度超过803K，硬脆相渗碳体成为主要物相。而当温度为763K时，形成的主要物相为ε相，但其强度较弱，且化合物层厚度较薄。因此当丙烷浓度为1.5％时，783K是较为合适的离子氮碳共渗温度。　　随着离子氮碳共渗时间的增加，化合物层厚度逐渐增加且其主要物相发生γ′相→ε相的转变，同时截面硬度梯度也逐渐趋于缓和。　　当炉内的气压为290Pa饱和气压时，其化合物层厚度达到最厚，且截面硬度最为缓和。X射线衍射分析表明：炉内气压为290Pa时，化合物层的主要物相为ε相且伴有少量渗碳体相，当炉内气压低于饱和气压时，ε相仍为主要物相，但渗碳体相消失。可能是由于真空泵抽去了炉内的活性碳、氮原子，导致了渗碳体相的消失和化合物层厚度的减薄。　　相同工艺条件下，42CrMo钢表面形成的化合物层厚度比45钢薄，但有效硬化层较厚，表面硬度高且截面硬度梯度较为平缓；随着保温时间的延长，45钢离子氮碳共渗后化合物层中的主要物相发生了γ′相→ε相的转变，而在42CrMo钢表层未发现该转变，但出现了CrN、CrC及Mo2(C,N)等物相。动力学分析表明在42CrMo钢表面形成化合物层的扩散激活能为67.25kJ/mol，接近45钢24.24kJ/mol的3倍，同时分析了合金元素对活性C、N原子扩散的影响机理。