奥氏体不锈钢由于具有优异的耐腐蚀性能,广泛应用于核反应堆、化学和石化加工、人体生物假体、食品加工、海洋工程及厨房用具等。但是奥氏体不锈钢存在硬度低、耐磨性差等问题,而且还不能通过相变进行强化,限制了其在涉及摩擦磨损工况的工业领域的应用。离子渗氮是一种有效提高奥氏体不锈钢硬度和增强耐磨性的方法,为了避免CrN析出物的形成,恶化其耐腐蚀性能,一般都在低于450 ℃下进行渗氮处理,在这一温度下渗氮效率很低,难以满足实际应用需求。低压电弧等离子体渗氮(LPA-PN)技术是一种在相对高真空条件下(低至0.4-4 Pa),利用气体弧光放电进行的氮化处理工艺。该技术具有等离子体密度高,渗氮效率高特点,但是其对奥氏体不锈钢渗氮后的结构及性能还缺乏系统深入的研究。本文采用LPA-PN技术对奥氏体不锈钢进行表面渗氮处理,对渗氮层的组织结构、耐磨、耐腐蚀性能及其机理进行了系统的研究,为该技术在奥氏体不锈钢渗氮处理方面的应用提供理论支持。研究了工艺参数对渗层的相结构、渗氮动力学、显微硬度的影响,结果表明,对奥氏体不锈钢进行LPA-PN能得到两种渗氮层相,温度高于430 ℃时生成氮化物相,主要成分为氮化铁和少量的氮化铬;渗氮温度在430 ℃以下时形成扩张奥氏体相(γN),N含量大约为20 at.%。γN相显微硬度可达1000 HV,超过基体硬度的4倍,且形成速率非常快,LPA-PN处理304奥氏体不锈钢1 h可获得30 μm厚γN相渗氮层。这种高硬度的γN相渗氮层具有由纳米晶外表层和粗晶内层组成的双层结构。渗氮气氛(氩气和氮气比)和电弧电流大小对渗氮层相组成没有明显的影响。对渗氮层耐磨性能进行了综合分析,结果表明,渗氮层能大幅提高奥氏体不锈钢的耐磨性能。YN相在摩擦过程中发生了氧化反应,结合磨痕的微观形貌特征,γN相磨损机制为磨粒磨损和氧化磨损。采用腐蚀电化学和XPS分析方法对渗氮层进行了腐蚀学性能的研究。通过对动电位极化曲线和极化后样品表面形貌的分析,发现γN相渗氮层耐点蚀腐蚀性能得到大幅提高。原始不锈钢钝化膜呈现出单容抗弧特征,而γN相渗氮层钝化膜则具有双容抗弧特征,且容抗弧半径更大。频率低于10 kHz时,γN相渗氮层钝化膜的阻抗值比奥氏体不锈钢的阻抗值大,同时其具有两个宽化的相位角平台。γN相表层纳米晶结构促进了钝化膜的生长,同时诱导其在NaCl溶液中释放N原子,使γN相渗氮层具有优良的耐点蚀性能。