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齿轮这种重要的机械传动零部件,除了要具备较高的强度外,还必须拥有优良的表面性能,比如耐磨性、耐蚀性、抗疲劳性等。以前的研究已经表明渗铬是一种能够提高齿轮材料表面性能的有效方法,但渗铬后渗层与基体间贫碳层的存在不可避免,在工作时贫碳层会很容易导致渗层的剥落。为在获得性能优异的渗层的同时,又能解决贫碳层问题,本文在40Cr表面制备了硼铬合金复合渗层和硅铬合金共渗渗层,主要工作如下:（1）总结了齿轮材料的表面改性处理现状以及课题组早期的工作成果,对热扩渗渗铬的实验和理论进行了比较全面的研究,系统地分析了如何解决渗铬导致的贫碳问题;（2）采用两步复合扩渗工艺（先渗硼后渗铬）在40Cr钢表面制备了B-Cr双相合金渗层。即在第一步预渗硼（PB试样）后,分别又进行箱式炉渗（BC-1试样）和感应加热渗铬（BC-2试样）;（3）对于硼铬合金渗层,探究了预渗硼+感应加热渗铬合金渗层随第二步渗铬时间增加的组织性能演变和生长动力学;（4）在不同的供硅剂下（硅粉和硅铁粉）,采用包埋扩渗法制备了SiCr-1和SiCr-2两种硅铬共渗渗层。通过研究,得出如下结论:对于硼铬合金渗层,第二步渗铬的加热方式对B-Cr渗层的物相和组织有很大的影响。感应加热的效率高于箱式炉加热,这导致了BC-2试样拥有更厚、更致密、更平整以及B和Cr完全反应的渗层。由于有效的B-Cr渗层的形成,钢的耐磨性和耐蚀性显著提高。另外,讨论了B-Cr渗层的形成机制。结果显示随着第二步渗铬时间的增加,高铬珠光体基体上连续分布的网状Fe2B相和棒状CrFeB相逐渐消失,最后几乎完全转变为块状Cr2B和CrxCy相。生长动力学分析表明,在渗铬早期,界面反应促进了渗层生长,但在渗铬后期,原子的扩散逐渐控制了渗层的生长。此外,也讨论了B-Cr双相合金渗层演变机制。对于硅铬共渗渗层,结果表明两种渗层主要由α-Fe（含Si和Cr）、Fe3Si、CrFe8Si和CrC组成。然而,由于渗层生长机理的不同,导致渗层在形貌、元素含量、显微硬度和耐磨性等方面存在明显差异。以硅粉为供硅剂的SiCr-1渗层生长受基体和渗层元素的相互扩散机制控制,而以硅铁粉为供硅剂的SiCr-2渗层生长则由反应沉积机制主导。对于这两种试样,在渗层中都观察到有微孔的存在,其形成主要是由非平衡扩散诱导的Kirkendall效应导致的。基于Kirkendall效应,提出了一种微孔的梯度生长模式。