使氮原子滲入鋼鐵工件表層內的化學熱處理工藝。傳統的氣體滲氮是把工件放入密封容器中，通以流動的氨氣並加熱，保溫較長時間後，氨氣熱分解產生活性氮原子，不斷吸附到工件表面，並擴散滲入工件表層內，從而改變表層的化學成分和組織，獲得優良的表面性能。如果在滲氮過程中同時滲入碳以促進氮的擴散，則稱為氮碳共滲。鋼鐵滲氮的研究始於20世紀初，20年代以後獲得工業應用。最初的氣體滲氮，僅限於含鉻、鋁的鋼，後來才擴大到其他鋼種。從70年代開始，滲氮從理論到工藝都得到迅速發展並日日趨完善，適用的材料和工件也日益擴大，成為重要的化學熱處理工藝之一。
滲入鋼中的氮一方面由表及裡與鐵形成不同含氮量的氮化鐵，一方面與鋼中的合金元素結合形成各種合金氮化物，特別是氮化鋁、氮化鉻。這些氮化物具有很高的硬度、熱穩定性和很高的彌散度，因而可使滲氮後的鋼件得到高的表面硬度、耐磨性、疲勞強度、抗咬合性、抗大氣和過熱蒸汽腐蝕能力、抗回火軟化能力，並降低缺口敏感性。與滲碳工藝相比，滲氮溫度比較低，因而畸變小，但由於心部硬度較低，滲層也較淺，一般隻能滿足承受輕、中等載荷的耐磨、耐疲勞要求，或有一定耐熱、耐腐蝕要求的機器零件，以及各種切削刀具、冷作和熱作模具等。滲氮有多種方法，常用的是氣體滲氮和離子滲氮。
氣體滲氮 一般以提高金屬的耐磨性為主要目的，因此需要獲得高的表面硬度。它適用於38CrMnAc等滲氮鋼。滲氮後工件表面硬度可達HV850～1200。滲氮溫度低，工件畸變小，可用於精度要求高、又有耐磨要求的零件，如鏜床鏜桿和主軸、磨床主軸、氣缸套筒等。但由於滲氮層較薄，不適於承受重載的耐磨零件。
氣體參氮可采用一般滲氮法（即等溫滲氮）或多段（二段、三段）滲氮法。前者是在整個滲氮過程中滲氮溫度和氨氣分解率保持不變。溫度一般在480～520℃之間，氨氣分解率為15～30％，保溫時間近80小時。這種工藝適用於滲層淺、畸變要求嚴、硬度要求高的零件，但處理時間過長。多段滲氮是在整個滲氮過程中按不同階段分別采用不同溫度、不同氨分解率、不同時間進行滲氮和擴散。整個滲氮時間可以縮短到近50小時，能獲得較深的滲層，但這樣滲氮溫度較高，畸變較大。
還有以抗蝕為目的的氣體滲氮，滲氮溫度在550～700℃之間，保溫0.5～3小時，氨分解率為35～70％，工件表層可獲得化學穩定性高的化合物層，防止工件受濕空氣、過熱蒸汽、氣體燃燒產物等的腐蝕。
正常的氣體滲氮工件，表面呈銀灰色。有時，由於氧化也可能呈藍色或黃色，但一般不影響使用。
離子滲氮 又稱輝光滲氮，是利用輝光放電原理進行的。把金屬工件作為陰極放入通有含氮介質的負壓容器中，通電後介質中的氮氫原子被電離，在陰陽極之間形成等離子區。在等離子區強電場作用下，氮和氫的正離子以高速向工件表面轟擊。離子的高動能轉變為熱能，加熱工件表面至所需溫度。由於離子的轟擊，工件表面產生原子濺射，因而得到凈化，同時由於吸附和擴散作用，氮遂滲入工件表面。
與一般的氣體滲氮相比，離子滲氮的特點是：①可適當縮短滲氮周期；②滲氮層脆性小；③可節約能源和氨的消耗量；④對不需要滲氮的部分可屏蔽起來，實現局部滲氮；⑤離子轟擊有凈化表面作用，能去除工件表面鈍化膜，可使不銹鋼、耐熱鋼工件直接滲氮。⑥滲層厚度和組織可以控制。離子滲氮發展迅速，已用於機床絲桿、齒輪、模具等工件。
氮碳共滲 又稱軟氮化或低溫碳氮共滲，即在鐵-氮共析轉變溫度以下，使工件表面在主要滲入氮的同時也滲入碳。碳滲入後形成的微細碳化物能促進氮的擴散，加快高氮化合物的形成。這些高氮化合物反過來又能提高碳的溶解度。碳氮原子相互促進便加快瞭滲入速度。此外，碳在氮化物中還能降低脆性。氮碳共滲後得到的化合物層韌性好，硬度高，耐磨，耐蝕，抗咬合。
常用的氮碳共滲方法有液體法和氣體法。處理溫度530～570℃，保溫時間1～3小時。早期的液體鹽浴用氰鹽，以後又出現多種鹽浴配方。常用的有兩種：中性鹽通氨氣和以尿素加碳酸鹽為主的鹽，但這些反應產物仍有毒。氣體介質主要有：吸熱式或放熱式氣體（見可控氣氛）加氨氣；尿素熱分解氣；滴註含碳、氮的有機溶劑，如甲酰胺、三乙醇胺等。
氮碳共滲不僅能提高工件的疲勞壽命、耐磨性、抗腐蝕和抗咬合能力，而且使用設備簡單，投資少，易操作，時間短和工件畸變小，有時還能給工件以美觀的外表。