本发明创造涉及金属材料表面处理技术领域，提供了一种难熔金属表面化学改性催渗剂及其表面化学改性方法，所述催渗剂按质量百分比计由以下组分组成：磷酸稀土5‑15%，氟化稀土1‑10%，载体颗粒50‑80%，甲基硅油1‑15%，余量为溶剂；其中，所述磷酸稀土为镧、铈、钇磷酸盐粉末中的至少一种；所述氟化稀土为镧、铈、钇氟化盐粉末中的至少一种；所述载体颗粒为石英砂、氧化铝和碳化硅中的至少一种，粒度为5‑500μm；所述难熔金属为钽、钽合金、钨、钨合金、铼和铼合金中的一种，本发明的表面化学改性方法可以有效增加难熔金属表面改性层深度和厚度均匀性，并提高材料的表面硬度和耐化学腐蚀性能。