氣體氮化一般使用無水氨氣（或氨+氫，或氨+氮）作為供氮介質。整個氮化過程可分三個階段。

（1）氨的分解

氨是一種很不穩定的氣體，在一定條件下易于分解。它的分解率隨溫度的升高而增加，在400~600℃溫度范圍內，它的自然分解率可趨向全部分解，其分解反應如下：

2NH₃=====2[N]+6[H]

氨氣中分解出的活性氮原子是新生態的氮原子，具有很大的化學活性，部分被工件表面吸收，然后從表面向內部擴散，剩余的[N]很快結合成分子態的N₂與H₂等一起從廢氣中排出，所以氨分解式實際上是：

2NH₃======2[N]+6H=====3H₂+N₂

為了使氮化作用繼續不斷地進行下去，必須連續地輸入氨氣，不斷地產生活性氮原子。

（2）鋼件表面吸收氮原子

活性氮原子被鋼件表面中吸收后，深入鐵素體中形成含氮量較高的鐵素體，過飽和后又形成氮化物。

（3）擴散

鋼件表面吸收氮原子以后，在表面和里層存在著氮濃度梯度，促使氮原子從表面向里擴散，形成一定厚度的氮化層。

在氮化溫度下，吸附層中的活性氮原子向金屬晶格內部移動，留下的空隙又迅速地被吸附層的氮原子所填滿，因而始終保持金屬表面上有活性氮原子連續滲入。因此，擴散過程如下。

①向爐內不斷輸入含氮的氣體；

氨分子向金屬表面遷移;

氨分子被金屬表面吸附;

氨分在相界面上不斷分解，形成氮原子和氫原子;

吸收剩余的活性原子復合成分子，不斷從爐內排出;

表面吸附的氮原子溶解于γ-Fe、α-Fe中。

②氮原子由金屬表面向內中擴散，并產生一定的濃度梯度。

③當氮超過在α-Fe中的溶解度后，表層開始形成氮化物。

④氮化物沿金屬表面的垂直方向和平行方向長大。

⑤表面依次形成γ相和ε相。

⑥氮化層不斷增厚。

⑦氮從氮化物層向金屬內部擴散。

影響以上基本過得的因素很多，如溫度、時間、壓力、介質成分（或氮勢）以及零件鋼材成分和組織等。氣體氮化工藝就是要合理地控制這些影響因素，獲得滿意的氮化層。