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化学表面处理法是将模具置于温度的活性介质中保温，使一种或几种元素渗入模具表面，改变模具表面的化学成分和组织，达到改进表面性能和满足技术要求。按照表面渗入的元素不同，化学表面处理法可分为渗碳、渗氮、碳氮共渗、渗硼、渗铝、钒等金属。化学表面处理能有效提高模具表面的耐磨性、疲劳强度、耐蚀性和性能。
1、渗碳
渗碳是使模具表面形成一层1-2mm的含碳量为0.8%-1.05%渗层。经过适当淬火与回火处理，可提高模具表面的硬度、耐磨性及疲劳强度，使模具芯部仍保持良好的韧性和塑性。
因此渗碳主要用于同时受严重磨损和较大冲击载荷的模具。由于渗碳温度较高，渗后还需热处理，模具变形较大，因此精度要求较高的模具不宜采用。模具的渗碳工艺有固体渗碳、气体渗碳、真空渗碳和离子渗碳。与传统渗碳相比，离子渗碳具有渗碳效率高、碳浓度梯度平缓、工件变形小、环境污染小以及狭缝和小孔都能处理的优点。
2、渗氮
模具经过渗氮处理后，表面的耐磨性、抗疲劳作用、抗热、抗蚀、硬度和抗咬合性能都比渗碳处理后优越。与渗碳相比，渗氮的温度较低(5000C-600℃)，模具渗氮后变形小。渗氮工艺复杂、时间长、成本高，一般用于耐磨性和精度或抗热都要求较高的模具。随着软氮化、离子氮化等新工艺的发展，逐渐解决了普通渗氮时间长、功效低的缺点。可通过调节气体组分来调节控制氮化组织、降低渗氮层的脆性，不易产生剥落和热疲劳。W6Mo5Cr4V2钢制冷挤凸模经过离子渗氮后，使用寿命可提高2-3倍:SCrMnMo钢热锻模离子氮化后，磨损量减到原来的1/4。离子渗氮在所有的模具处理中都有应用，但是对于形状复杂的模具，难以获得均匀的加热和渗层，同时渗层较浅。
3、碳氮共渗
碳氮共渗就是同时向零件表面渗入碳和氮的化学处理工艺，也称氰化。主要有液体和气体碳氮共渗两种。液体碳氮共渗有毒，污染环境，劳动条件差，已很少应用。共渗处理速度快，模具变形小，较高的耐磨性、抗粘着性，模具寿命可提高2-5倍。
4、渗硼、渗金属
渗硼方法有固体渗硼、气体渗硼、盐浴渗硼等。国内外应用较多的是盐浴渗硼和固体渗硼。苏联将该法用于冷热加工模具上，对溶盐电解法研究的很多；日本发展了以硼砂溶盐为主的液体渗硼及其它元素的TD法，提高模具寿命4-20倍；德国、也都搞了很多硼与其它元素的共渗工艺。通过渗铬后可显著提高模具使用寿命，尤其是对在热态工作或承受强烈磨损的模具。适用于锤锻模、压铸模、塑料模、拉深模等冷热作模具，渗铬后使用寿命可提高几到数十倍。
