海洋动力系统中关键的零部件是海水液压泵,其内部含高速重载摩擦副,摩擦副常因腐蚀与磨损造成失效,直接影响整个动力系统的运转。针对摩擦副的腐蚀与磨损失效问题,本文采用低温离子渗硫技术和激光熔覆技术相结合的复合处理方法制备耐磨耐蚀的固体自润滑涂层。通过对渗硫层形成过程的研究,建立激光熔覆低温离子渗硫的物理模型,将超声滚压表面纳米化技术加入到此复合处理技术中,研究制备兼具厚度和均匀性的固体自润滑涂层的方法。采用SD-Ni55粉在45钢表面进行激光熔覆,将激光熔覆试样放在低温离子渗硫炉内保温不同的时间,结合XPS刻蚀分析,建立激光熔覆低温离子渗硫层形成的物理模型,实验分析表明,激光熔覆低温离子渗硫复合层的形成分为离子的离解与重新结合,硫化物的吸附与沉积两个主要过程。离子渗硫过程中,灰黑色的硫化物优先在晶界处形核,形成岛状组织,岛状组织彼此连接合并形成网状组织,网状组织横向长大的同时纵向累积,形成渗硫层,低温离子渗硫保温时间过长时,在离子轰击的作用下,渗硫层会出现凹坑、裂纹,还可能发生部分脱落,过量的活性S与Fe、FeS反应,生成不利于自润滑性能的FeS2。采用自制的超声滚压纳米化装置处理激光熔覆层后,其晶粒尺寸达到26.10 nm。XPS刻蚀分析表明,纳米化激光熔覆渗硫层与未纳米化激光熔覆渗硫层相比,Fe含量明显增加,由35.53%增加到52.73%,其余元素含量变化不大。丰富的Fe含量有利于FeS的生成,抑制FeS2的产生,纳米化激光熔覆渗硫层FeS含量高于未纳米化激光熔覆渗硫层。XRD物相分析表明,纳米化激光熔覆渗硫层与未纳米化激光熔覆渗硫层的物相一致,不同的只是各物相的相对含量。纳米化激光熔覆渗硫层更加致密均匀,边缘效应小。纳米化激光熔覆层硬度为58HRC,比原始激光熔覆层硬度高5 HRC,搭接区和焊缝硬度分布均匀,纳米化处理使得激光熔覆层表面粗糙度分布均匀,纳米化处理后,在激光熔覆层上渗硫,可以得到约10μm厚的渗硫层,并且此渗硫层性能良好。摩擦磨损实验表明,相同的干摩擦条件下,纳米化激光熔覆渗硫层的摩擦系数为0.45,明显小于未纳米化激光熔覆渗硫层的摩擦系数,磨损30min时,纳米化试样渗硫层的磨损失重为0.8mg,未纳米化试样渗硫层的磨损失重为1.2mg。纳米化试样渗硫层的磨痕宽度和深度也减小,其中效果最明显的是纳米化处理激光熔覆渗硫层在油润滑条件下的摩擦磨损试验,其磨痕宽度仅为0.447 mm,深度为1.56μm。