化合物层厚度和相组成的控制，主要通过调整工作气体成分和温度来实现。例如。碳素钢和合金钢在不同 C3H8含量的NH3＋C3H8混合气中进行570℃×10h的离子N-C共渗后，化合物层相组成和层厚与C3H8含量的关系如图1所示。
由图可知：①化合物展中ε相体积分数Vε均随C3H8增加而增加，当C3H8增加到某一临界量时，出现Fe3C，此时Vε达到最大使；若C3H8继续增加，Vε则逐渐下降。②化合物层中γ´相体积分数Vγ´随C3H8增加而减少，渗碳体Fe3C体积分数VC总是随C3H8增加而增加（当Fe3C形成之后）。③化合物层厚度δ化的变化与Vε一致，扩散层深度δ扩基本不变，但随材料含碳量和合金元素含量增加而减小；化合物层中出现Fe3C后，渗层厚度则随C3H8增加而减小。
3．离子渗碳
我国对离子渗碳工艺进行了大量的试验研究，但尚未实现生产应用。80年代末，德、法已将离子渗碳开始用于生产，目前，已成功地用于汽车工业，取得了良好效果。
主要工艺参数：温度850～980℃，总时间（渗碳+扩散）2～8h，冷却方式为直接油淬或高压气淬。渗碳介质用碳氢化合物（如CH4、C3H8等）、N2、H2或Ar。
离子渗碳的技术关键是渗层质量控制及设备设计。离子渗碳时，可通过调节碳通量和渗碳时间来控制工件表面的预定碳含量，而碳通量（j）是气体成分、气压、气体流量、离子电流密度（i）和渗碳温度的函数。在实际操作中，气体种类、气压和温度易保持恒定，气体流量也总用最小值，这样，碳通量就仅仅取决于电流密度，即j＝f（i）。离子渗碳时，电流密度既可精确测定，又能非常可靠地控制。目前，德国已研制、生产了离子渗碳、渗氮专用的离子电流密度传感器，使离子渗碳的控制简单、精确和重视性好。在工业生产中，离子渗碳时可利用碳的扩散和传输的数学模型，采用电流密度传感器，由微机进行全过程的工艺控制，从而获得预定的表面碳含量、碳分布和渗层深度。表1为不同渗碳工艺的碳通量。
4．离子热处理设备
离子热处理设备由离子发生器（电源）、真空炉体、测温测压装置、供气排气系统及其他配套部件组成，关键部分为电源和真空炉体。
（1）电源 生产中应用的电源主要有两种：直流电源和脉冲电源。
直流电源提供的电压、电流是近似平直或带有波动的直流电。主要技术指标：电压0～1000V连续可调。频率50Hz，灭弧装置为限流电阻或电子开关。直流电源结构简单，价格便宜，维修方便，使用寿命长，功率大。但灭弧可靠性不理想，处理温度与电压、电流、气压不能分开，工艺参数不能独立调节，尤其当功率密度较小时（＜0.2W/cm2），不能保证渗层均匀，故直流电源的使用受到一定限制，为了克服上述缺点，开发了脉冲电源。
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