化学热处理能有效地提高模具表面的耐磨性、耐蚀性、抗咬合、抗氧化性等性能。几乎所有的化学热处理工艺均可用于模具钢的表面处理。化学热处理就是利用化学反应和物理冶金相结合的方法改变金属材料表面的化学成分和组织结构，从而使材料表面获得某种性能的工艺过程。化学热处理普遍地由三个基本过程组成：1）活性原子的产生通过化学反应产生活性原子或借助一些物理方法使欲渗入的原子的能量增加，活性增加。2）材料表面吸收活性原子活性原子首先被材料表面吸附，进而被表面吸收，此过程为一个物理过程。3）活性原子的扩散材料表面吸收了大量活性原子，使得表面层该原子的浓度大为提高，为渗入原子的扩散创造了条件，活性原子不断地渗入表面层，经扩散就形成了一定深度的扩散层。以上三个过程进行的程度都与温度和时间两个要素有关，因此温度和时间是化学热处理过程中两个重要的工艺参数。
1.离子渗氮离子渗氮是辉光离子渗氮的简称，方法是将待处理的模具零件放在真空容器中，充以一定压力(如70Pa)的含氮气体(如氮或氮、氢混合气)然后以被处理模具作阴极，以真空容器的罩壁作阳极，在阴、阳极之间加上400～600V的直流电压，阴阳极间便产生辉光放电，容器里的气体被电离，在空间产生大量的电子与离子。在电场的作用下，正离子冲向阴极，以很高速度轰击模具表面，将模具加热。高能正离子冲入模具表面，获得电子，变成氮原子被模具表面吸收，并向内扩散形成氮化层，离子氮化可提高模具耐磨性和疲劳强度。离子渗氮是利用了辉光放电这一物理现象并以此作为热源加热工件，由此特点使它具有以下优点:1）加速了渗氮过程，仅相当于气体渗氮周期的1/2～1/3。2）离子渗氮的温度可比气体渗氮低，可在350～500℃下进行，工件变形小。3）由于渗氮时气体稀薄，过程可控，使得渗层脆性小。4）离子渗氮中有离子轰击而产生的阴极溅射现象，可以清除表面的钝化膜，不锈钢和耐热钢表面不经处理可直接渗氮。5）局部防渗简单易行，只要采取机械屏蔽即可。6）经济性好，热利用率高，省电，省氨。离子渗氮存在的问题是：1）工件温度的均匀性与测温的准确性尚待提高。2）深层渗氮（＞0.5mm）的生产周期与气体渗氮接近。工作表面渗氮后能显著提高模具的力学性能。氮虽然是一种作为保护性气体的惰性气体,但氮离子化后具有很大的活性，能够参与表面处理，形成高硬度和抗腐蚀的氮化物，如TiN、Ti2N,Cr2N,VN等。但在离子氮化前必须进行去除加工应力的退火或回火处理，且不同的材料氮化效果也不同，对于必须氮化、不能氮化或两者均可的部位要明确尺寸精度要求。目前，离子渗氮已广泛应用于热锻模、冷挤压模、压铸模、塑料模等几乎所有的模具上，很好地解决了硬度、韧性、热疲劳性和耐磨性几者之间的矛盾。
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