国民经济不断的发展,对机械零件或钢构件的使用条件要求越来越高,因此需要材料具有更高的性能来满足不同环境的工作要求。目前对材料表面改性已有许多新的方法。在材料表面制备硬质渗层是其中一种常见的处理方法,能够有效的取代材料整体的合金化。由于钒铌共渗层的性能优势,可以有效提高钢基体的硬度、耐磨性和耐腐蚀性能。本论文采用固体粉末法在40Cr钢、45钢两种常见基体表面进行单一渗铌及钒铌共渗层制备,探究制备工艺,选出最佳处理时间和温度,然后研究预渗氮处理对单渗铌渗层和钒铌共渗层形成及性能的影响。得到以下几点结论:1)通过设定不同的时间温度的变化参数,分别在40Cr钢、45钢基体上制备出了铌的碳化物渗层,综合考虑渗层的形成情况和制备工艺条得出:1000℃×6h是较为理想的处理工艺,该条件下所制备的渗层表面均匀致密,无明显的孔隙或裂纹缺陷,渗层厚度分别为:45钢单渗铌层厚度为8.5μm,钒铌共渗层厚度为4μm;40Cr单渗铌8μm,钒铌共渗层厚度为3.5μm。2)40Cr钢表面单渗铌后所形成的渗层相比钒铌共渗的更厚。单渗铌层表面形成了致密的NbC层,且NbC的峰值较钒铌共渗试样的强。渗层与基体之间界面结合良好。40Cr钢单渗铌及钒铌共渗处理后的渗层表面均有Nb2C、NbC、Cr2Nb。45钢基体单渗铌试样中形成了不易被腐蚀的NbC相,且NbC的含量较共渗中的高,同时存在大量的单质铌和FeNb相;45钢钒铌共渗层中形成了 VC、NbC、Fe5C2。3)40Cr钢基体表面单渗铌及钒铌共渗处理后试样的耐磨性能较基体有很大的提高,其耐磨性顺序为40Cr钢钒铌共渗试样>40Cr钢单渗铌试样>40Cr钢基体。三种试样所对应的摩擦磨损主要形式分别为:擦伤机制、擦伤机制和黏着磨损、磨粒磨损和黏着磨损,其耐腐蚀性顺序为:40Cr钢钒铌共渗试样>40Cr钢单渗铌试样>40Cr钢基体;45钢基体表面进行单渗铌及钒铌共渗处理后试样的耐磨性顺序为:45钢钒铌共渗试样>45钢单渗铌试样>45钢基体,耐腐蚀性顺序为:45钢钒铌共渗试样>45钢单渗铌试样>45钢基体。4)预渗氮后结合单渗铌实验后两种钢基体表面形成了铌的碳氮化物和其他金属化合物相,共渗处理后渗层中行成了钒铌的碳氮化物渗层。其中40Cr钢、45钢单渗试样的渗层厚度分别为10μm、13μm,钒铌共渗层厚度均为10μm。相比未进行预渗处理的试样,氮元素的渗入对渗层的形成有促进作用。5)40Cr钢预渗氮后分别经单渗铌和钒铌共渗处理后渗层硬度相较于基体均有很大提高,并且从渗层表面向基体内部呈现梯度分布,这种分布规律有利于渗层与基体的结合,同时使得试样性能更好。处理后的试样均对40Cr钢基体的耐磨性有所提高,且40Cr钢预渗氮后钒铌共渗试样的耐磨性能较单渗铌的更好,其主要存在的摩擦形式为擦伤机制。同样处理后试样的耐腐蚀性均比基体要好,40Cr钢预渗氮后钒铌共渗处理的试样中含有较多的NbC和Fe3N耐腐蚀相,使得其耐蚀性能较基体提高更多。6)45钢基体预渗氮后单渗铌及钒铌共渗处理的试样均能够提高基体的硬度和耐磨性能。其耐磨性顺序为:45钢基体预渗氮后钒铌共渗>45钢基体预渗氮后单渗铌>45钢基体,其对应的主要磨损机制分别为:擦伤机制、黏着磨损和磨粒磨损、粘着磨损和磨粒磨损。45钢渗氮处理过程中活性N原子的扩散进入基体中提高了渗层的耐蚀性能。试样的耐腐蚀性能顺序为:45钢预渗氮后钒铌共渗>45钢预渗氮后单渗铌>45钢基体。