强化深度浅是制约离子注入广泛应用的一个关键因素。本论文在研究钢表面升温氮离子注入及金属离子注入基础上,考察了预注入金属元素(W、Mo、Cr、Cu、Ti)、超声表面纳米改性对升温氮离子注入的影响,并提出了显著增加离子注入合金化层深度和硬度的金属离子预注入/升温氮离子注入和超声表面纳米改性/升温氮离子注入复合表面改性技术。结果发现：增大升温氮离子注入剂量有利于增加45钢表面氮离子注入合金化层深度并降低45钢氮离子注入样品的摩擦系数和磨损率,但剂量对45钢表面离子注入层的峰值氮含量及硬度影响不大。增大升温氮离子注入剂量有利于提高H13钢表面离子注入层的峰值氮含量、硬度和离子注入合金化层深度,并降低H13钢氮离子注入表面的摩擦系数和磨损率。M2的合金元素不均匀分布是升温氮离子注入制备的M2钢表面离子注入层结构及性能不均匀的根源,间歇离子注入可抑制合金元素不均匀分布对M2钢表面离子注入层的不利影响。注入W显著改善了45钢表面硬度；注入W、Mo、Cr、Ti会降低45钢的摩擦系数,其中注入Cr减摩效果最好；注入W和Cr可明显改善45钢的耐磨性。增大离子能量可获得更厚的离子注入合金化层深度,适当增大注入剂量能提高离子注入合金化层的注入元素峰值含量。预注入Ti、预注入Cu及超声表面纳米改性可以增强升温氮离子注入的原子迁移能力,有利于在45钢表面获得更厚的氮离子注入合金化层和更平缓的氮浓度的深度分布。升温氮离子注入前预注入Ti,可以使45钢表面升温氮离子注入合金化层深度和硬度比未经过预处理的样品分别提高了110%和50%。超声表面纳米改性/升温氮离子注入复合技术在45钢表面制备的升温氮离子注入合金化层深度和硬度比单一深层氮离子注入分别提高了120%和50%。