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金属铀是重要的核材料,但其在使用环境中易被腐蚀,因而铀表面防腐蚀技术长期以来都是核材料领域的重要研究课题。离子注入由于其改性层与基体逐渐过渡,不会剥落而在材料防护上具有独特的技术优势。为了研究铀氮化后的耐磨抗蚀性,本文选用工业纯铁作为模型材料,采用高频低压等离子体注入(HLPⅢ)及氮化技术在工业纯铁(模拟材料)上进行氮离子注入及氮化处理,研究射频功率及氧分压对氮化后样品表面结构、成分及性能的影响。在此基础上,将高频低压等离子体注入(HLPⅢ)及氮化技术应用到异型零件(如球)上,研究脉冲频率对其表面改性层均匀性及性能的影响。利用X射线衍射(XRD)、X射线光电子能谱(XPS)、扫描电子显微镜(SEM)对改性层的相结构、成分及断面组织进行分析；利用HXD-1000 knoop显微硬度仪和CSEM销盘式摩擦磨损实验机评价改性前后工业纯铁的硬度及耐磨性等机械性能；利用电化学腐蚀实验评价了改性后工业纯铁的耐腐蚀性。依据电化学腐蚀中的极化曲线,用电量法计算改性层的孔隙率。研究结果表明,采用高频低压等离子体浸没离子注入(HLPⅢ)及氮化技术能在纯铁表面制备出结构致密、耐磨性和耐腐蚀性能优良的氮化物改性层。射频功率影响铁氮化合物的形成,并随着射频功率的增加,氮化层厚度增加,由1μm左右增至3μm左右,纯铁的表面硬度、耐磨性和耐腐蚀性提高。射频功率为600W和800W时,纯铁表面的硬度相差不大,但800W时纯铁的耐磨性和耐腐蚀性优于600W。真空室中残余的氧对氮化物的形成有很大的影响,当氧分压小于6.5×10-3Pa时,残余氧的存在不影响氮化层的结构和性能,表面改性层主要由Fe2N和Fe3N相组成,样品具有高的硬度、耐磨性和耐腐蚀性；但是,随着氧分压的增大(大于9.4×10-3Pa),样品表面的相结构由Fe2N和Fe3N的混合相向Fe3N和Fe3O4的混合相转变,硬度和耐磨性降低,耐腐蚀性下降。球经高频低压等离子体浸没离子注入及氮化处理后,样品表面的硬度、耐磨性和耐腐蚀性显著提高,具有较好的均匀性。脉冲频率对球表面均匀性、相结构、机械性能和耐腐蚀性能没有明显影响。