以下是据传统热处理理论和现代化学催化技术、化工反应过程优化控制理论，对催渗的理论进行一些简单的分析：

　　1、催渗过程表述

　　气体渗碳和碳氮共渗是气相（气氛）与固相 （渗碳工件） 间进行的一种特殊化学反应，使用催渗剂时它可以分为以下四个反应过程：（如右图所示）

　　●气相中的化学反应——渗剂在催渗剂作用下裂解,产生活性核心体：碳氮原子、离子。

　　●活性核心体在气相中的传质扩散。

　　●相界面化学反应 —— 活性核心体在催渗剂作用下穿过气 （气氛）固相（工件）表面间的中间气膜层与工件表面接触，在催渗剂作用下在两相的接触面产生相界面化学反应“表面渗碳或碳氮共渗反应”。

　　●活性核心体向工件内部扩散。

　　生产中第1步和第2步的速度极快，第3步较慢，第4步最慢，是影响渗速的瓶颈。要提高渗速就必须从后两步入手。

　　2、BH 催渗剂对分解的作用

　　渗碳过程的第一步是渗剂分解产生活性碳原子。

　　众所周知：工艺温度越低、渗剂的分解率就越低、分解产生的活性碳原子就越少、形成碳黑的可能性就越大，渗碳的速度就越慢；工艺温度越高、渗剂分解率越高，分解产生的活性碳原子就越多、形成碳黑的可能性就越小，渗碳的速度就越快。

　　碳黑不但可以影响氧探头等碳势测控元件的测控，而且对渗碳的表面反应也有一定的阻碍作用。

　　所以尽管大家也都知道高温、高碳势控制的优点。但由于设备和工件材料温度极限的限制 —— 温度过高不但设备难以承受，而且工件材料极易发生明显的晶粒粗化现象，使材料的性能恶化。

　　所以在实际生产中一般只能采取 920 ℃ 左右的工艺温度，对碳势的控制一般也不超过1.15% ，否则极易产生碳黑。

　　BH催渗剂中有含一种微量的特效分解催化剂，它能促使渗剂充分分解，并能够提高反应所形成的碳原子的数量与活性，抑制碳黑形成，使高碳势控制成为可能。

　　3、边界气膜层

　　边界气膜层学说是近代气固相化学反应速度研究领域形成的新学说，它同样适用于化学热处理渗碳。渗碳时气氛中的有效成分与工件表面接触发生以下反应：

　　CO + H 2 → [C] + H 2 O ↑ CH 4 → [C] + 2 H 2 ↑ 2 CO → [C] + CO 2 ↑

　　碳被吸收后, 残余气体会在工件表面不断累积，形成一个中间气膜层，其主要成分是 CO 2 、 H 2 、 H 2 O 。

　　渗碳时气氛中的活性成分穿透“中间气膜层”后才能和工件接触参与渗碳反应。

　　在中间气膜层中非渗碳活性成分 CO 2 、 H 2 、 H 2 O 的浓度远高于层外。

　　“中间气膜层”的存在，阻碍着气氛与工件表面的接触，从而影响了渗碳反应的发生。

　　下图以齿形试样为例，对“中间气膜层 （绿色部分） ”的存在、去除以及作用效果进行了分析：

图 1-1 中间气膜层示意图

图 1-2 有 中间气膜渗碳效果图

图 1-3 无 中间气膜层效果图

图 1-4 去除 中间气膜渗碳效果图

　　在化工生产中，人们为了提高气固相相界面反应速度，通常利用在气体中夹杂固体颗粒物冲击反应物表面的手段，来达到破坏气膜层、提高反应速度的目的。

　　真空热处理中的脉冲及离子热处理中的辉光轰击实际上也有这方面的作用。低压真空渗碳渗速较快也有这方面的原因。

　　BH采用了一种可以产生间歇性冲击波，对气膜有强烈破坏作用的物质，从而增强了活性成分与工件表面的接触，提高了表面有效反应几率和渗速 ，同时也提高了工件的渗层均匀性。

　　4、对扩散的作用：

　　BH催渗剂中可以改变渗剂的裂解过程，促使渗剂充分裂解，并在裂解过程中产生部分正四价碳离子。

　　 正四价碳离子体积 ( 半径0.15埃 ) 只有碳原子体积 ( 半径0.77埃 ) 的1/135 ，因而活性高、扩散阻力小、扩散速度快，从而解决了影响渗速最关键的问题，其效果见下图。

　　对于碳离子的存在，前苏联学者 в . м . гутерман 曾经做过一个实验：“在奥氏体钢材的两端通上直流电后，发现碳会向阴极迁移”。

　　通过这个实验 в . м . гутерман 认为：“碳原子在奥氏体中给出价电子以正离子 状态存在”。这一实验事实说明，离子态的碳最容易渗入。

　　武汉材料保护研究所在 ZLSC 一 30 ／ 20 型真空离子渗碳淬火炉中，对离子渗碳过程中几个主要参数的系统研究表明， 960 ℃时20CrMnTi 试样 2 小时的渗层厚度可以达到1.26mm ，平均渗速0.62mm/小时（《第六届全国热处理大会论文集》第66页）。这一事实也证实了离子渗碳的渗速优势。

　　由于设备造价昂贵，目前离子渗碳技术还很难投入批量化生产应用。

　　从以上分析（见图3 ）我们不难看出：扩散能力较弱的碳原子与扩散能力较强的碳离子同时存在时，两种不同渗速的碳粒子共同作用后效果叠加，使渗层中碳的浓度梯度分布由原来的一个 台级变成了两个台级 ，使渗层碳浓度梯度趋于平缓。

　　5、从原理分析 BH 技术对 产品质量的意义：

　　●对产品组织 （晶粒度、马氏体、残余奥试题氏体）的影响：

　　众所周知：在热处理过程中，加热温度越高、时间越长，材料的晶粒就越容易粗化，随之就必然带来性能的恶化。

　　加热时间缩短、工艺温度降低，都会减少材料在加热过程中的晶粒粗化倾向，使产品组织细化。

　　●对碳浓度梯度 的影响：

　　扩散能力较弱的碳原子与扩散能力较强的碳离子同时存在，两种不同渗速的碳粒子共同作用后叠加的效果，使渗层中碳的浓度梯度分布由原来的一个台级变成了两个台级，使渗层碳浓度梯度趋于平缓（见原理图3 ）。

　　●对碳化物的影响：

　　碳离子、原子共存时，碳在奥氏体中的分散度和浓度增加，碳化物的成核几率增大，从而使碳化物由于成核多而难于聚集长大，如果采用持续的高碳势控制也可以形成“弥散态分布的细小碳化物颗粒 ”。

　　●对渗层均匀性的影响：

　　气氛活性增强、中间气膜层被破坏后，工件的渗层均匀性增强。

　　●对产品变形的影响：

　　热处理变形问题也与加热温度和保温时间长短密切相关， BH 技术具有工艺温度低、渗速快的特点，所以对减少变形极其有利：

　　2001年二汽变速箱有限公司以《提高齿轮精度降低变速箱噪音》为题，展开科研攻关。通过一年多对8647吨产品的试验表明：

　　采用BH低温渗碳技术后齿轮热处理畸变减少，热处理精度等级损失比过去降低了0.5～1级 （详细数据见论文）。

　　采用不降低工艺温度的BH 快速渗碳技术也可以减少变形，这应该与 加热时间缩短，工件在加热过程中的晶粒粗化倾向减少、组织细化以及工件的高温蠕变减少有关。

　　某精锻齿轮厂开始引进BH技术进行技术时，只在一台设备上采用了BH－2快速渗碳技术，结果在后方工序 —— 花键加工时反映“近期产品渗碳变形波动增大，拉花键时拉刀选择困难 ”。后经公司技术科调查分析发现：

　　采用BH技术后的产品花键孔收缩比仍然采用普通方法渗碳的产品普遍减少0.05-0.10mm ，所以导致了上述问题的发生。

　　变形问题与加热温度和保温时间长短密切相关，资料研究表明在渗碳、 碳氮共渗和氮化 三种 典型的工件热处理强化手段中，工艺温度最低的氮化变形最小、随着工艺温度的升高变形依次增大，详见下表：