本文对低温固体粉末渗铬进行了探索性的研究,并在20和45钢表面上取得了渗铬层。采用金相显微镜、X射线衍射、热场发射扫描电镜等检测方法研究了渗铬层的形貌、微观成分、相结构等,讨论了渗铬层的形成机制。研究表明,在580-650℃下保温3-5h,可以在20钢、45钢表面得到厚约2-8μm致密的渗铬层,所得渗层质量与基体碳含量、预处理条件、保温时间等参数相关。随保温时间延长,所得渗层厚度增加、致密性和均匀性提高；试样经过淬火处理,所得渗层厚度、致密性和均匀性与退火态试样比较均有所提高；渗铬过程中滚筒需进行转动,以保证活性铬原子供应和渗层均匀,但转速需进行控制,否则易造成渗层疏松、孔洞；粗糙试样表面的渗层厚度大于光滑试样。试样渗铬层与基体间的贫碳薄层所发生的再结晶,是由渗铬层的应力引起的,在很大程度上消除了基体和渗层的应力作用,增加了基体和渗层的结合强度。通过理论计算,证实在低温固体粉末渗铬过程中,空位机制对原子的扩散、渗层的形成和生长有着重要的作用；淬火试样脱碳层实际厚度与计算值在数量级上相符,约十几至几十微米,同时又由于空位扩散机制的影响,增加了脱碳量,使脱碳层厚度大于计算数值。经X射线衍射检测和热场发射扫描电镜分析表明,实验参数相同时,形成的渗层因试样预处理条件的不同而异：退火态试样所得渗层的主要相结构为α-(Cr, Fe),Fe-Cr, Fe3C,没有发现碳化铬；淬火态试样所得渗层的主要相成分为a-(Cr,Fe),Cr7C3,(Fe,Cr)3C;渗层中铬含量与基体碳含量有关,45钢渗层中铬含量明显高于20钢。在低温固体粉末渗铬过程中,碳由基体向渗层的扩散为上坡扩散,在渗层中的扩散则因试样而异：在退火态钢的渗层中,中间区域的碳含量最高,两侧含量递减,成分曲线为左右对称的抛物线。渗层中Fe3C的形成降低了碳的化学势,提供了碳上坡扩散的驱动力；对淬火态的试样,由于淬火产生了大量缺陷,大大提高了碳在基体内的扩散速度,为表面碳化铬的形成提供了足够的碳。之后随着渗层的增厚,各种原子在渗层中的扩散越来越困难,最终形成了由渗层表面向基体递减的分布状态。通过本文的研究,证明低温固体粉末渗铬法是可行的。在中低碳钢可以实验成功,说明对其他种类的钢同样也可以应用。本实验工艺温度低、时间短,较其他工艺大大降低了能耗、节约了资源,减少了工件的变形。同时,也为其他低温渗金属的工艺提供了重要的借鉴意义,具有很好的工业应用价值。