化學(xué)熱處理是利用固態(tài)擴(kuò)散使其元素滲入金屬工件表面的熱處理工藝，化學(xué)熱處理就是將工件放在含有滲入元素的活性介質(zhì)中，加熱到一定溫度后進(jìn)行保溫，使?jié)B入元素被吸附并擴(kuò)散滲入表面層，改變表面層化學(xué)萬(wàn)分及表面層的組織結(jié)構(gòu)進(jìn)而改變了表面層的性能。同時(shí)滲入兩種或兩種以上元素的，稱(chēng)為二元或多元共滲；先后滲入兩種或兩種以上元素的，稱(chēng)為二元或多元復(fù)合滲。
化學(xué)熱處理對(duì)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(fù)合滲，能夠進(jìn)一步改善和補(bǔ)充單元滲的某些不足，提高滲層質(zhì)量，化學(xué)熱處理正朝著提高質(zhì)量、縮短處理時(shí)間、降低成本、節(jié)約能源以及防止對(duì)環(huán)境污染的方向發(fā)展。
傳統(tǒng)的化學(xué)熱處理通常把化學(xué)熱處理過(guò)程可分為滲劑的分解、工件表面對(duì)活性原子的吸附和活性原了從工件表層向內(nèi)部擴(kuò)散三個(gè)連續(xù)階段。
1.分解
介質(zhì)中存在活性被滲元素是進(jìn)行化學(xué)熱處理的前提，這些活性原子大多來(lái)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(xué)反應(yīng)。它可能通過(guò)下面的三種反應(yīng)生成：
分解反應(yīng)，如：2CO→CO2+C
置換反應(yīng)，如：SiCl4+2Fe→2FeCl2+Si
還原反應(yīng)，如：2BF2→BF3+B
化學(xué)反應(yīng)速度除取決于反應(yīng)物的本性外，還與溫度、壓力、濃度、催化劑有關(guān)。一般增加濃度和升高溫度，能增加反應(yīng)速度。添加催化劑可以降低活化能，從而使反應(yīng)速度劇增。
2.吸附
吸附是物質(zhì)在相界面上自動(dòng)聚集的過(guò)程，固體的吸附就是固體物質(zhì)自發(fā)地把周?chē)橘|(zhì)中的分子、原子或離子吸附到固體表面的現(xiàn)象，一切固體都能或多或少地把周?chē)橘|(zhì)中的分子、原子或離子吸附到自己的的表面上來(lái)。吸附是活性原子（或離子）與金屬原子產(chǎn)生鍵合而進(jìn)入其表層的過(guò)程。金屬表面原子的結(jié)合鍵比內(nèi)部原子少，存在著指向空間的剩余引力。當(dāng)周?chē)橘|(zhì)中的分子、原子或離子碰撞到固體表面時(shí)，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(jìn)行的，吸附中心一般出現(xiàn)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(qiáng)，晶界比晶內(nèi)吸附作用強(qiáng)。
固體表面的吸附作用按其作用力性質(zhì)可分為物理吸附與化學(xué)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(wú)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(qiáng)弱隨固體和氣體的性質(zhì)不同而異。物理吸附的速度很大。化學(xué)吸附是靠吸附劑與被吸附粒子之間的類(lèi)似化學(xué)鍵的結(jié)合力，具有化學(xué)反應(yīng)的特征。化學(xué)吸附需要一定的活化能。
3.擴(kuò)散
在固體介質(zhì)中，原子在化學(xué)位梯度（濃度、壓力、電位、應(yīng)力、磁場(chǎng)、晶體缺陷等）驅(qū)使下引起的物質(zhì)的宏觀遷移，就是擴(kuò)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(mǎn)足了擴(kuò)散條件，使?jié)B入元素向其內(nèi)部遷移形成一定厚度滲層。
4.加速化學(xué)熱處理過(guò)程的途徑
化學(xué)熱處理是一個(gè)能源消耗較大的過(guò)程，直接關(guān)系到生產(chǎn)效率、經(jīng)濟(jì)效益等重大問(wèn)題。國(guó)內(nèi)外科研工作者進(jìn)行了大量的研發(fā)工作，如，①通過(guò)對(duì)化學(xué)熱處理中有利于原子擴(kuò)散的新材料的開(kāi)發(fā)，開(kāi)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(zhì)量方面的作用非常突出；②根據(jù)化學(xué)熱處理技術(shù)的特點(diǎn)，在生產(chǎn)過(guò)程中廣泛采用對(duì)處理過(guò)程進(jìn)行分階段控制的方法，如在氣體滲氮時(shí)，常用二段、三段式滲氮代替一段式滲氮；在滲氮過(guò)程中進(jìn)行通過(guò)交替的溫度、濃度變換，實(shí)現(xiàn)滲氮過(guò)程的熱循環(huán)，可以控制界面與內(nèi)擴(kuò)散時(shí)化學(xué)位的變化，加速滲氮過(guò)程。在氣體滲碳的初始階段（即排氣和強(qiáng)滲期），通常加大滲劑的滴量，以產(chǎn)生更多的活性碳原子，在盡量短的時(shí)間內(nèi)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(nèi)擴(kuò)散。在滲碳期，將滲劑降至合理的滴量，使分解、吸收、擴(kuò)散三個(gè)過(guò)程充分協(xié)調(diào)，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(guò)程，又能保證獲得厚度較深、梯度平緩的過(guò)渡層。③在一些多元共滲過(guò)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(shí)，由于氮的滲入，將使鋼的A1點(diǎn)下降，有效地?cái)U(kuò)大奧氏體相區(qū)，這為較低溫度下進(jìn)行滲碳創(chuàng)造了條件，同時(shí)，大大加速了碳氮共滲的進(jìn)程。在滲氮處理時(shí)，加入C、S、O等元素進(jìn)行二元或多元共滲，共滲速比單一滲氮更快。
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