本文采用高电压低气压、闭炉保温的渗氮工艺对合金钢在纯氮气氛下离子渗氮和采用氨气以及不同氮氨比混合气进行普通离子渗氮。利用显微硬度计、金相显微镜和X射线衍射仪测定了渗氮层的硬度梯度、层深、显微组织和相组成。结果表明在相同的渗氮时间里，纯氮离子渗氮获得了比以氨气作为渗氮气源进行离子渗氮更好的效果。而且克服了氨气渗氮容易产生环境污染的缺点。 通过对实验中纯氮离子渗氮系统的研究，发现只有在足够高的电压下才有明显的渗氮效果。分析了纯氮离子渗氮和氮氨混合气体离子渗氮过程中阴极位降区内粒子的行为，计算正离子在电场力作用下一个平均自由程内与中性氮分子发生非弹性碰撞传递给氮分子的能量，找出离子渗氮时氮分子产生活性氮原子的电压临界值，导出了离子渗氮中电压、气压、阴极位降区厚度和离子平均自由程的关系式。从理论上推测了几种混合气体离子渗氮活性氮原子产生的能量要求，理论计算与文献报导的实验结果基本一致。探讨了氮氢、氮氩混合气体离子渗氮中氢和氩的作用，提出了渗氮的机理。