1.2 化学热处理的基本过程和条件
1.2.1 化学热处理的基本过程
化学热处理是一个将活性介质（渗剂）中的原子渗入金属表面的过程。要实现所需化学元素渗入工件表层，需要经历一系列物理和化学反应，通常包括分解（活性介质的分解）、吸收（活性原子在工件表面被吸收）以及扩散（活性原子从工件表层向内部的扩散）三个基本过程。详见表1.6。
表1.6 化学热处理的基本过程
总之，化学热处理过程中的分解、吸收和扩散是三个相对独立、交错进行而又互相配合、相互制约的过程。其中，渗剂的分解是前提，通过渗剂的分解为工件表面提供充足的化学原子。同时，吸收和扩散的速度也应协调。
1.2.2 化学热处理的条件
1.2.2.1 必要条件
（1）基体金属和渗入元素可组成二元或多元相图 这是化学热处理的依据。只有当渗入元素能溶入基体金属中或与基体金属形成化合物时，才能进行相应的化学热处理。例如铁碳相图中的γ-Fe可溶解较大量的碳（C的质量分数最大为2.11%），故可进行渗碳；又如Fe-B相图指出，Fe可与B形成Fe2B和FeB化合物，因此可以渗硼并可获得相应的化合物层；再如Cu-W相图，Cu和W这两种元素既不互溶、也不形成化合物，所以即使在高温下也不可能实现Cu的渗W处理。总之，相图不仅指出了化学热处理的可能性，而且还可用来预计化学热处理后表面层的组成相。
（2）渗入元素与基体金属元素的相互作用 在预测多元共渗结果时，既要考虑到共渗介质内提供各渗入元素的物质之间的相互作用，还要研究每一渗入元素与基体金属的相互作用及各渗入元素在基体金属内扩散时的相互作用，参与形成扩散层的各元素之间的化学亲和力将影响共渗的结果。
（3）渗入元素在介质中具有较高的化学势 为使可能渗入的元素由介质传递到工件表面，要求渗入元素在介质内的化学势必须高于基体金属内相应元素的化学势。它们之间的化学势差是实现渗入元素传递的驱动力。在其他条件相同的情况下，该化学势差越大通常有越高的渗速。例如渗碳时要求介质中碳的化学势（或碳势）高于工件表面上碳的化学势。若前者低于后者，则会出现脱碳。介质中某元素的化学势取决于其组成和温度。工件表面上某一元素的化学势则取决于化学成分和温度。为使渗入元素从工件表面渗入基体以形成一定深度的渗层，同样要求工件表面上渗入元素的化学势大于基体金属内该元素的化学势，这种化学势梯度是引起该元素由表面向内部扩散的驱动力。由于渗入元素的化学势与基体金属的化学成分和温度有关，故化学成分不同的钢渗碳能力是不同的，例如Si、B和Al可提高钢中碳的化学势，所以Si含量较高的钢渗碳后表面碳含量和渗层深度都较低。又如向钢中渗入B、Si或Al时，由于这些元素由表面渗入，提高了表面碳的化学势，故在渗入这些元素的同时将引起碳由表向里扩散，造成渗层下面碳原子的富集。
上述三个条件是实现化学热处理的必要条件。
1.2.2.2 充分条件
为使某一化学热处理有应用价值，还要求有足够大的产生渗入元素的相界面在工件表面上进行反应和一定的扩散速率，它们是实现化学热处理的充分条件，这关系到渗速和生产率。