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排气阀是内燃机的关键零件，其工作温度一般为600-800℃，最高可达850℃以上。由于气阀在高温环境下高速运动，除了可能出现机械疲劳外，在气阀头部也可能产生热疲劳。随着热能发动机向高温、高压、高效方向发展，排气阀将经受更加苛刻的高温、高压、热冲击、燃气腐蚀和粒子冲蚀作用，因此对排气阀的性能提出了更高的要求。本实验采用无工业污染的固体粉末法对4Cr10Si2Mo和4Cr14Ni14W2Mo两种气阀钢进行多元共渗。以Cr、Al、Ti等元素作为制备高温抗腐蚀渗层的渗剂组分，同时加入可以活化和净化工件表面、起催渗作用的稀土元素。在光学显微镜下观察了渗层组织，用XRD和电子探针检测了渗层组织中的相组成和元素分布，用显微硬度计测定了渗层由表及里的硬度值。为了考核不同基体表面的渗层在快速交变温度场下的韧性和抗剥落能力，在650℃至20℃冷热循环条件下进行了热疲劳实验。最后通过正火和淬火两种工艺，对固渗时基体材料中形成的粗大晶粒进行细化。结果表明，在1100℃下进行Al-Cr、Al-Cr-Ce、Al-Ti、Al-Ti-Ce多元共渗的试样，均有较优的抗高温氧化性和较高的硬度；加入稀土元素Ce可明显提高渗速，在相同条件下增加了渗层厚度，且渗层平均硬度提高。热疲劳实验证明，当渗入元素铝在渗层内偏聚时，则裂纹易从这里萌生扩展；而铝以分散质点在渗层内分布时，则有优良的热疲劳性能；一般裂纹不在渗层与基体的交界处开裂，二者结合良好。M体钢的Al-Cr-Ce渗层具有优良的抗热疲劳性能，热循环超过40次时出现显微裂纹。正火和淬火工艺，对细化基体的粗大晶粒均有明显作用，M体钢的晶粒度由2-3级细化到6-7级。