Một dạng khuyết tật nguy hiểm rất hay gặp trong lớp thấm C-N là khuyết tật lỗ đen: Khi soi trờn kinh hiển vi phúng đại lớn, trờn lớp thấm nhỡn thấy cỏc lỗ đen phõn bố rải rỏc hoặc trờn biờn giới hạt. Khuyết tật đú đƣợc hỡnh thành trong quỏ trỡnh thấm khi một số thụng số khụng đƣợc khống chế hợp lý. Khuyết tật này làm mất tớnh liờn tục, giảm mạnh cơ tớnh của lớp thấm.
Bản chất của khuyết tật lỗ đen là cỏc bọt khớ nitơ đƣợc hỡnh thành do một chuỗi cỏc phản ứng liờn hoàn: Khi tăng dần nhiệt độ nung, cỏc pha nitơrit đƣợc hỡnh thành trƣớc, sau đú là cacbitnitơrit, cuối cựng là cỏc loại cacbit. Ở nhiệt độ thấm cao cỏc hợp chất chứa cacbon bền vững hơn cỏc hợp chất chứa nitơ, cacbon đuổi nitơ ra khỏi dung dịch rắn và cỏc hợp chất chứa nitơ và dần thay thế chỳng. Cỏc nguyờn tử nitơ bị đuổi ra kết hợp lại với nhau tạo nờn phõn tử nitơ tập chung thành cỏc bọt khớ. Khi trong thộp thấm chứa lƣợng tạp chất Si > 0,37%, tại đõy cũng quan sỏt thấy một lƣợng đỏng kể cacbon tự do dƣới dạng graphit. Cỏc lỗ trống tạo ra trong tổ chức làm giảm độ bền của thộp.
28
Nguyờn nhõn cú mặt của graphit trong vựng tối đƣợc giải thớch nhƣ sau: Trong quỏ trỡnh thấm C-N cũng xảy ra sự khuếch tỏn silic từ trong lừi ra bề mặt. Dƣới ảnh hƣởng của oxy và nitơ, silic biến đổi pha cacbitnitơrit và cacbit. Trờn bề mặt silic phỏ hủy sự liờn kết Fe-C tạo liờn kết Fe-Si đồng thời tạo graphit. Khuyết tật lỗ đen xuất hiện nhiều hơn khi tổng hàm lƣợng C và N lớn hơn 1,2 ữ 1,5%, đặc biệt là khi hàm lƣợng N lớn hơn 0,5%. Nếu hàm lƣợng N trờn bề mặt vào khoảng 0,6% lƣợng lỗ đen sẽ nhiều gấp 10 lần so với hàm lƣợng 0,3%. Số lƣợng và phõn bố khuyết tật lỗ đen cũn phụ thuộc vào thành phần thộp. Hàm lƣợng cỏc nguyờn tố cú khả năng tạo ra nitơritcacbit nhƣ: Cr, Mn, Ti càng nhiều, khả năng hỡnh thành cỏc lỗ đen càng lớn. Ngoài ra, thời gian thấm càng dài cũng tạo điều kiện xuất hiện khuyết tật dạng này.
Khuyết tật lỗ đen khi đó xuất hiện khụng cú cỏch khắc phục, tuy nhiờn cú thể hạn chế và phũng trỏnh khi tiến hành cụng nghệ thấm nhƣ sau:
+ Khụng chế hàm lƣợng nitơ bằng cỏch giảm lƣợng NH3. Chỉ nờn sử dụng hàm lƣợng NH3 dƣới 10%.
+ Khống chế thời gian thấm vỡ thời gian càng dài càng dễ xảy ra khuyết tật.
+ Nờn dựng cỏc loại thộp chứa ớt nguyờn tố tạo cacbit mạnh nhƣ Cr, Ti, Mn, nờn dựng thộp cú chứa Mo.