化學熱處理包括三個基本過程，即①化學滲劑分解為活性原子或離子的分解過程；②活性原子或離子被鋼件表面吸收和固溶的吸收過程；③被滲元素原子不斷向內部擴散的擴散過程。

1.分解過程

化學滲劑是含有被滲元素的物質。被滲元素以分子狀態存在，它必須分解為活性原子或離子才可能被鋼件表面吸收及固溶，很難分解為活性原子或離子的物質不能作滲劑使用。例如普通滲氮時不用氮而用氨，因為氨極易分解出活性氮原子【N】：2NH→3H2+2【N】。根據化學反應熱力學，分解反應產物的自由能必須低于反應物的自由能，分解反應才可能發生。但僅滿足熱力學條件是不夠的，在生產中實際應用還必須考慮動力學條件，即反應速度；提高反應物的濃度和反應溫度，雖然均可加速滲劑的分解，但受材料或工藝等因素的限制。在實際生產中,使用催化劑以降低反應過程的激活能，可使一個高激活能的單一反應過程變為由若干個低激活能的中間過渡性反應過程，從而加速分解反應。鐵、鎳、鈷、鉑等金屬都是使氨或有機碳氫化合物分解的有效催化劑，所以鋼件表面本身就是很好的催化劑，滲劑在鋼件表面的分解速率比其單獨存在時的分解速率可以提高好幾倍。

2.吸收過程

工件表面對周圍的氣體分子、離子或活性原子具有吸附能力，這種表面的物理或化學作用稱為固體吸附效應（見晶體表面。氣體分子或者被鋼件表面吸附，并且由于鐵的催化作用而使其加速分解為活性原子；或者先分解為活性原子或離子，再被鋼件表面吸附。以上兩種情況何者為主，視工藝而定。被吸附的活性原子或離子在鋼件表面溶入鐵的晶體點陣內，形成固溶體；如果被滲元素的濃度超過了該元素在鐵中的固溶度，則形成相應的金屬間化合物，這些過程稱為吸收過程。

3.擴散過程

滲入元素的活性原子或離子被鋼件表面吸收和溶解，必然不斷提高表面的被滲元素的濃度，形成心部與表面的濃度梯度。在心、表部之間濃度梯度的驅動下，被滲原子將從表面向心部擴散。在固態晶體中原子的擴散速率遠低于滲劑的分解和吸收過程的速率，所以擴散過程往往是化學熱處理的主要控制因素。這就是說強化擴散過程是強化化學熱處理生產過程的主要方向。由擴散方程可知，提高溫度，增大滲入元素在金屬中的擴散常數，減小其擴散激活能的因素均可加速擴散過程。由于化學熱處理的三個過程是相互聯系的，在某些具體條件下分解與吸收兩個過程也有可能成為主要控制因素。

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