中国电镀网：将金属或非金属(溶质原子)沉积在基体金属(溶剂原子)表面上，通过扩散作用渗入到基体金属的表面内，改变表面的化学组成及相结构，从而改变表面的物理-化学性能，以满足设计-制造者和使用者对某些性能的要求，这就是渗金属和渗其他元素的目的。这种工艺使材料表面元素组成更多样化，更符合使用要求，又称表面合金化。

渗金属有以下特点：

(1)渗层-基体界面化学成分呈连续梯度变化，因而表层和基体结合良好;

(2)其工艺过程可以不影响基体材料的结构，因而不影响其物理-力学性能;

(3)渗层-基体材料的组合，实际上是一种复合材料，可以克服基体材料的某些缺点，得到更好的综合性能。渗层和其他涂层、镀层的主要区别是渗层由渗入元素在基体合金元素的基础上组成，渗层的表面即基体材料的表面，对被渗零件的几何形状和尺寸影响很小。渗金属是满足产品结构-性能对材料日益复杂、苛刻要求的有效手段之一。

渗金属技术的发明应用始自19世纪末，至今已有一百多年的历史。20世纪20年代以后应用日益广泛，工艺技术不断改进发展，所用方法有粉末法、气体法，到20世纪50年代后有料浆法，但这些方法都要用卤化物作活化剂。工艺过程中分解挥发的卤化物气体对环境的污染是一个严重的问题。20世纪60年代以后，真空蒸发沉积技术应用日益广泛，20世纪70年代以来，各种物理沉积技术迅速发展。因此，20世纪60、70年代有了真空蒸镀渗铝(二步法)并获得应用，20世纪80、90年代阴极电弧沉积渗金属和阴极溅射沉积渗金属工艺(一步法)和专用设备相继出现，不仅彻底消除了污染，而且使单元的或多元的渗金属更加容易和方便。

渗金属有两个基本过程：渗入元素(溶质)在基体材料(溶剂)表面上的沉积，以及渗入元素向基体材料表层内的扩散，这是两个独立又相互关联的过程，往往同时进行。沉积过程影响扩散过程，这两个过程对渗层的形成和结构有决定性的作用。

(1)沉积

沉积方法有：化学和电化学沉积、化学气相沉积、物理气相沉积、热浸和熔烧等。也可以用热喷涂技术，但很少。

最早用以渗金属的粉末法及随后的气体法、料浆法(扩散型)，其沉积过程都是以化学气相沉积为原理的。粉末法渗金属可能是化学气相沉积技术的最早应用。这三种方法使沉，积和扩散一次完成，实现了沉积和扩散的最佳结合。

热浸和熔烧伴随着有扩散，渗金属可以一步完成。

化学和电化学沉积的过程，不伴随扩散，渗金属要两步完成，但是熔盐电解沉积的过程，温度较高，伴随着扩散。

初期的物理气相沉积渗金属，一般要有专门的扩散步骤，两步完成。随着物理气相沉积技术的发展，20世纪60年代以后，已有可能沉积与扩散一步完成;阴极电弧沉积渗金属和阴极溅射沉积渗金属工艺的出现，完全实现沉积和扩散过程同时完成。

用物理气相沉积渗金属，可以方便地控制渗层的成分和结构。和化学气相沉积比较，物理气相沉积的最大优点是温度易控制，速度快，很洁净，对环境无污染。

(2)扩散

基体材料上沉积了渗入元素构成的渗入元素-基体材料的系统处于非平衡状态，一定条件下就要发生质量的迁移，向着平衡状态变化，这种使系统中各成分趋向均匀分布的过程就是扩散。

①扩散定律

在两个成分不同的金属界面上，单位时间内通过单位面积的物质量j(扩散通量)与垂直于界面的轴方向上的浓度梯度成正比，即：

这就是扩散第一定律(费克第一定律)。其中d为扩散系数，单位为cm2/s，负号表明扩散由高浓度向低浓度方向进行。c为元素的浓度，是位置的函数。在浓度梯度一定的条件下，扩散速度主要取决于扩散系数。

当扩散处于非平稳状态，即扩散通量随时间而变化时，扩散遵守扩散第二定律：

当d与浓度无关时，上式可表达为：

②基体合位中的扩散行为

渗入元素向基体合金中的扩散有三个途径：表面、晶界和晶内。一般情况扩散速度是表面最快，晶界次之，晶内要慢得多。见图晶体内各种扩散的路径。

图1 晶体内各种扩散的路径