本课题针对AISI 304奥氏体不锈钢进行辉光离子渗氮和离子氮碳共渗研究。目的在于提高奥氏体不锈钢硬度与耐磨性的同时,不显著减低其耐腐蚀性能。奥氏体不锈钢具有良好的耐腐蚀性能,广泛应用于化工、石油、食品和医疗器械等行业,但是其硬度低、耐磨性差。为了进一步扩大奥氏体不锈钢的应用范围,作者试图采用脉冲电流辉光离子渗氮的方法对其进行表面处理,提高其硬度及耐磨性。辉光离子氮化具有渗速快、工件变形小、节能等优点,广泛应用于各种金属材料,特别是不锈钢零部件,因为离子渗氮前不需要预先去钝化处理,离子氮化的阴极溅射效应,可以清除不锈钢表面的钝化膜。但是离子渗氮提高奥氏体不锈钢表面硬度和耐磨性的同时,使其耐腐蚀性能下降。本文研究了在氨气气氛中渗氮温度、时间、气压和电压,以及氨气与丙酮混合气氛中丙酮含量和共渗温度对渗层质量的影响,利用光学显微镜、扫描电子显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、电位仪等检测方法对渗层金相组织、渗层厚度、渗层相组成、表面显微硬度、极化曲线等进行研究,试验结果表明:离子渗氮与离子氮碳共渗渗层组织相似,均由扩散层构成,扩散层表面的白亮层不明显。渗氮温度对渗氮层和氮碳共渗层质量影响最大,随着处理温度增加,CrN的含量增加,渗层厚度增加,表面显微硬度先增加后减少,渗层硬度梯度逐渐平缓。渗氮时间主要影响渗层厚度,随着渗氮时间延长,渗层厚度显著增加。渗氮气压对渗层厚度和表面显微硬度影响较大,随着渗氮气压升高,渗层厚度增大,渗层表面显微硬度先增加后减小,渗层表面显微硬度梯度趋于平缓。渗氮电压影响渗层表面CrN含量和表面显微硬度,随着渗氮电压升高,渗层表面CrN含量减少,表面显微硬度增加。离子氮碳共渗气氛中丙酮含量影响渗层表面CrN的含量、渗层厚度、表面腐蚀速度及渗层硬度梯度,渗氮气氛中加入丙酮有利于降低CrN的含量,随着氮碳共渗气氛中丙酮含量的增加,渗层厚度先增加后减小。降低奥氏体不锈钢离子氮化过程中铬的沉积方法包括:降低渗氮温度,缩短渗氮时间,控制渗氮气压适中,控制渗氮电压偏高,渗氮气氛中添加丙酮。从综合的角度考虑,奥氏体不锈钢离子渗氮的工艺参数为:渗氮温度500℃、渗氮时间2h、气压350Pa、电压900V。离子氮碳共渗时,丙酮含量为2.5%。AISI304奥氏体不锈钢经上述工艺条件处理后,获得的渗层既具有高的硬度,又具有良好的耐腐蚀性。