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本文采用等离子体源渗氮技术改性AISI316奥氏体不锈钢,研究了渗氮工艺与渗氮层成分、结构,以及耐磨抗蚀性能的关系,在优化的工艺条件下获得了单一结构的高氮面心相(γN)改性层,发现了γN相渗氮层存在摩擦诱发马氏体相变磨损机制及其转变条件,建立了γN相渗氮层的磨损图,研究了孙相渗氮层电化学腐蚀性能及钝化膜的结构半导体特性,揭示了γN相双层钝化膜结构及其耐蚀机理。等离子体源渗氮装置是将金属屏与直流脉冲电源相连,由阴极金属屏与阳极炉体构成等离子体源,置于金属屏内的工件处于悬浮电位或施加一定的负偏压。渗氮温度350～500℃、工作气压300～500Pa、试样置于悬浮电位或施加200～400V负偏压、试样距阴极屏距离20～200mm。利用响应面分析法优化的单一γN相渗氮层的形成条件是渗氮温度450℃、工作气压250～350Pa、试样负偏压200～300V,距阴极屏高度20-100mm,γN相渗氮层厚度15～18μm、表面粗糙度Ra0.111～0.158μm、峰值氮浓度20～25at.%、表面显微硬度HV0.1N14.6-15.6GPa。在载荷2-8N、滑动速度0.15～0.22m/s的球-盘式干摩擦条件下,等离子体源渗氮温度450℃、工作气压300Pa、6h改性AISI316奥氏体不锈钢γN相渗氮层比磨损率由原始AISI316奥氏体不锈钢的4.3×10-3mm3/N·m降低至4.7×10-6mm3/N·m,显著提高耐磨性能。γN相渗氮层的磨损机制随载荷的增加由氧化磨损转变为磨粒磨损,主要表现为平滑无裂痕且覆盖着一层不连续黑色氧化膜的形貌特征转变为以塑性变形为主的犁沟形貌特征。透射电子显微镜确定氧化磨损产物为E-Fe2O3相,磨粒磨损产物为密排六方结构的含氮马氏体相(εN’),表明γN相渗氮层摩擦过程中出现摩擦应力诱发马氏体相变磨粒磨损机制,摩擦过程中氧化反应向应力诱发马氏体相变应满足AG°γN→εγ-ΔG°oxrd≤0的热力学条件。建立的γN相渗氮层磨损图可分为氧化磨损和磨粒磨损两个区域,氧化磨损区域的磨损体积为2×10-3-3×10-2mm3,摩擦系数和比磨损率随载荷增加均略微降低,摩擦界面的氧化膜起到有效的保护和润滑作用；磨粒磨损区域的磨损体积为4×10-2～1×10-1mm3,摩擦系数和比磨损率随滑动速度增加均降低,更高的滑动速度使硬质磨粒难以捕捉和嵌入摩擦界面处,避免发生严重的磨粒磨损。在3.5%NaCl溶液中等离子体源渗氮温度450℃、工作气压300Pa、6h改性AISI316奥氏体不锈钢γN相渗氮层的阳极极化曲线呈现活化溶解-自钝化-过钝化溶解过程,未发生孔蚀击穿,自腐蚀电位比原始AISI316奥氏体不锈钢提高224mV,维钝电流密度降低近一个数量级,耐蚀性能显著提高。γN相渗氮层和原始AISI316奥氏体不锈钢钝化膜的Nyquist图均呈现单容抗弧特征,但γN相渗氮层钝化膜的容抗弧直径更大,钝化膜电阻为1.377x106Ω.cm2,比原始AISI316奥氏体不锈钢提高了一个数量级。该钝化膜是一种具有n型半导体特征的Fe(OH)3/Cr(OH)3/Fe2O3外层和p型半导体特征的Cr203内层的双层结构,表现为近纯电容特性,且钝化膜更为致密,施主浓度由原始AISI316奥氏体不锈钢的2.4x1021cm-3降低至2.2x1020cm-3,限制了空间电荷的移动,从而抑制钝化膜的溶解。