窒化処理
窒化された鋼の構造は、鋼の種類や窒化方法により少しずつ異なる。しかし概ね、最表面から化合物層→拡散層→未窒化層の順に構成されると考えてよい。
化合物層
窒化された鋼の最表面に存在する約10 μm以下の化合物の層である。これは前述の通りγ'-Fe4Nまたはε-Fe2N〜Fe3N1+xと同じ結晶構造を有する、鉄およびクロムなどの複合窒化物の層である。
化合物層の厚さは窒化の方法により様々であり、アンモニアガス窒化では分厚く脆い化合物層が生成しやすく、一方、水素と窒素の混合ガスを用いたプラズマ窒化を適用すると、化合物層の制御は比較的容易である。Fe4Nで構成される化合物層は脆く割れ易いため機械部品には不適であり機械的に除去されるが、Fe2N〜Fe3N1+xで構成される多孔質の化合物層は潤滑性や耐衝撃性に優れるため、意図的に生成させることもある。従って、窒化の用途に応じて化合物層の種類、有無、厚さを制御できる技術が望まれている。制御技術の一例としてSAEによる航空規格(AMS)ではアンモニアガス窒化による化合物層の制御が規定されている。これは窒化ポテンシャルKN――つまり反応に寄与する反応種の窒素ポテンシャル――を制御することで化合物層を制御する技術であるが、非常に高度な制御技術が要求され、完全に化合物層の制御を確立した技術は未だ工業化されていない。
拡散層