化學熱處理是利用固態(tài)擴散使其元素滲入金屬工件表面的熱處理工藝，化學熱處理就是將工件放在含有滲入元素的活性介質中，加熱到一定溫度后進行保溫，使?jié)B入元素被吸附并擴散滲入表面層，改變表面層化學萬分及表面層的組織結構進而改變了表面層的性能。同時滲入兩種或兩種以上元素的，稱為二元或多元共滲；先后滲入兩種或兩種以上元素的，稱為二元或多元復合滲。

化學熱處理對節(jié)約合金元素，提高鋼件的使用壽命具有重大意義。二元或多元共滲與復合滲，能夠進一步改善和補充單元滲的某些不足，提高滲層質量，化學熱處理正朝著提高質量、縮短處理時間、降低成本、節(jié)約能源以及防止對環(huán)境污染的方向發(fā)展。

 

傳統(tǒng)的化學熱處理通常把化學熱處理過程可分為滲劑的分解、工件表面對活性原子的吸附和活性原了從工件表層向內部擴散三個連續(xù)階段。

1.分解

介質中存在活性被滲元素是進行化學熱處理的前提，這些活性原子大多來自滲劑的分解，分解就是滲劑中生成能滲入工件表面的活性原子的化學反應。它可能通過下面的三種反應生成：

分解反應，如：2CO→CO₂+C

置換反應，如：SiCl₄+2Fe→2FeCl₂+Si

還原反應，如：2BF₂→BF₃+B

化學反應速度除取決于反應物的本性外，還與溫度、壓力、濃度、催化劑有關。一般增加濃度和升高溫度，能增加反應速度。添加催化劑可以降低活化能，從而使反應速度劇增。

2.吸附

吸附是物質在相界面上自動聚集的過程，固體的吸附就是固體物質自發(fā)地把周圍介質中的分子、原子或離子吸附到固體表面的現象，一切固體都能或多或少地把周圍介質中的分子、原子或離子吸附到自己的的表面上來。吸附是活性原子（或離子）與金屬原子產生鍵合而進入其表層的過程。金屬表面原子的結合鍵比內部原子少，存在著指向空間的剩余引力。當周圍介質中的分子、原子或離子碰撞到固體表面時，便被其吸收，并降低其表面能。吸附作用在固體表面不是均勻進行的，吸附中心一般出現在表面的一些缺陷上。粗糙的表面比平滑的表面吸附作用強，晶界比晶內吸附作用強。

固體表面的吸附作用按其作用力性質可分為物理吸附與化學吸附。物理吸附是靠吸附劑與被吸附分子間的吸引力。物理吸附不需要活化能，一般無選擇性，任何固體都能吸附任何氣體，并且大多為多分子層，只是吸附力的強弱隨固體和氣體的性質不同而異。物理吸附的速度很大。化學吸附是靠吸附劑與被吸附粒子之間的類似化學鍵的結合力，具有化學反應的特征。化學吸附需要一定的活化能。

3.擴散

在固體介質中，原子在化學位梯度（濃度、壓力、電位、應力、磁場、晶體缺陷等）驅使下引起的物質的宏觀遷移，就是擴散。工件表面吸附活性原子（或離子）后，其表面濃度提高，形成濃度梯度，滿足了擴散條件，使?jié)B入元素向其內部遷移形成一定厚度滲層。

4.加速化學熱處理過程的途徑

化學熱處理是一個能源消耗較大的過程，直接關系到生產效率、經濟效益等重大問題。國內外科研工作者進行了大量的研發(fā)工作，如，①通過對化學熱處理中有利于原子擴散的新材料的開發(fā)，開辟了一條快速滲入的道路，如稀土元素在加速和提高滲入速度及質量方面的作用非常突出；②根據化學熱處理技術的特點，在生產過程中廣泛采用對處理過程進行分階段控制的方法，如在氣體滲氮時，常用二段、三段式滲氮代替一段式滲氮；在滲氮過程中進行通過交替的溫度、濃度變換，實現滲氮過程的熱循環(huán)，可以控制界面與內擴散時化學位的變化，加速滲氮過程。在氣體滲碳的初始階段（即排氣和強滲期），通常加大滲劑的滴量，以產生更多的活性碳原子，在盡量短的時間內工件表面被碳所飽和并可以防止氧化，獲得很高的表面碳濃度和很陡的碳濃度梯度，有利于碳原子向內擴散。在滲碳期，將滲劑降至合理的滴量，使分解、吸收、擴散三個過程充分協調，減少工件表面形成炭黑的可能性。采用這種方法，不僅加快了滲碳過程，又能保證獲得厚度較深、梯度平緩的過渡層。③在一些多元共滲過程中，部分滲劑原子的相互作用可明顯提高滲速，如碳氮共滲時，由于氮的滲入，將使鋼的A₁點下降，有效地擴大奧氏體相區(qū)，這為較低溫度下進行滲碳創(chuàng)造了條件，同時，大大加速了碳氮共滲的進程。在滲氮處理時，加入C、S、O等元素進行二元或多元共滲，共滲速比單一滲氮更快。