本文采用液相等离子电解渗透技术在尿素水溶液体系下对齿轮钢20CrMnTi进行碳氮共渗处理，采用金相组织观察、显微硬度测试、XRD物相分析、扫描电镜观察、元素分布分析等方法探讨了不同放电类型，加载电压，和渗透时间对渗透效果的影响。并通过多次重复实验分析了尿素水溶液体系作为液相等离子电解碳氮共渗电解液的稳定性。结果显示：处理过程中等离子放电阶段包含两种放电类型，其中A类放电对碳氮共渗的本质过程没有影响，但是对工件表面的清洁和活化具有显著作用。B类放电为液相等离子电解碳氮共渗处理过程的主要影响因素。但是B类放电过于剧烈，控制难度大。本文通过往电路中串联分压槽的方式基本解决了其控制问题。并通过A类放电和B类放电相结合的处理工艺能完成快速高效的碳氮共渗过程。在不同的起弧电压下处理相同时间后所获得的渗层组织基本一致（都为表层的细针状马氏体组织及少量碳化物和残余奥氏体，心部为马氏体组织）、渗层厚度差异不明显。为保持处理阶段放电电弧的可控性，加载电压应在保证起弧的前提下越低越好。本文在180V处理即可获得良好的渗透层。处理时间过长会导致由于控制不当等因素导致渗层性能恶化，本文处理时间目前最长以5min为宜。在起弧电压为240V，处理时间为1min的情况下，采用不同尿素浓度的电解液处理试样，发现尿素浓度越多，渗层厚度越厚，但是当尿素浓度超过20%以后，其渗层厚度提高并不显著，因此，为了避免渗剂的浪费选用处理尿素浓度为20%为宜。极化曲线测试表明处理后的试样其耐蚀性能相比于原始试样耐蚀性有所提高。通过对处理不同时间试样进行元素分布分析得出，在水系电解液中处理工件会由于水蒸气的存在使得处理表面产生氧化皮，虽然表面的氧化皮可以通过后续的A类放电过程得以除去，但是由于处理过程的温度高，在距离表面10到20μm处有氧元素的渗入和非马氏体组织的出现。通过对尿素体系电解液稳定性能分析得出，尿素体系电解液处理2min就会有较快速的分解，其尿素浓度就下降了50%左右，且重复处理4次后其渗透效果基本消失。处理后溶液中有较多的钛的C、N化合物沉淀。