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38CrMoAl钢在工业中具有广泛的应用，研究其表面改性以提高性能具有重要的意义。本文通过热力学计算揭示不同对渗层中的氮化物、固溶体的生成和相互转化的影响，并基于热力学计算的理论指导，探索等离子循环氮碳共渗工艺，为了进一步获得更深的改性层，对经过氮碳共渗处理的试样表面进行激光淬火处理，探索了这两种工艺复合的可行性。分别利用XRD、 SEM、EDS等方法对改性层的相结构、表面、截面和磨痕形貌进行分析；并对改性层硬度、摩擦磨损和电化学性能进行表征。热力学计算结果表明，Fe4N，Fe3N和α′N之间是可以相互转化的。α′N能直接转变成Fe4N和Fe2-3N。Fe4N和Fe3N两相在800K是发生可逆转变。可以通过温度调节Fe4N和Fe3N两相比例，减少Fe3N的含量，抑制白亮层的形成。稀土元素的加入以及降低背景真空度，可以促进Fe3N向Fe4N转变。氮碳共渗结果表明：在循环工艺中，低温高氮条件保温时间越长，高温低氮条件保温时间越短，渗层表面含有的氮化物越多，共渗层表面由Fe2-3N、Fe4N、α′-Fe等相组成。高温高氮长时间条件下容易生成致密的白亮层。相同条件下，保温时间越长，渗层深度越深。复合改性结果表明：激光扫描速度越慢，获得的硬化层深度越深。以600mm/min，1200mm/min，1800mm/min对基体进行激光淬火，获得硬化层的深度分别为722μm，467μm，272μm。相比氮碳共渗层，氮碳共渗与激光淬火复合改性层深度增厚明显，PN-48h激光淬火后改性层厚度从275增加到504μm，增厚83%，在460℃，540℃循环保温8h的共渗层深度248μm增厚到激光淬火后的546μm，增厚120%。复合改性层相比于氮碳共渗层，其表面硬度低，但是硬度梯度更为平缓。并且复合改性层的硬度曲线出现一个硬度为600-700HV0.1的平台。基体激光淬火后，表面一部分铁氧化形成Fe2O3、Fe3O4和α′-Fe。复合改性层表面相主要是Fe2O3、Fe3O4、α′-Fe和少量的Fe4N，激光淬火处理后渗层表面氮化物发生分解，表面形成氧化物。氮碳共渗与激光复合改性层表面的耐磨性比氮碳共渗层有显著提升，相比于共渗层，复合改性层的稳定摩擦系数低，磨损率也低。复合改性层表面的磨损机制是磨粒磨损和氧化磨损，磨痕表面有犁沟和氧化皮剥落现象，氧含量较高；氮碳共渗层表面磨损机制是磨粒磨损，磨痕表面有明显的犁沟，而且磨痕表面的氧含量较低。电化学极化曲线测试结果显示，复合改性层比氮碳共渗层表面的平衡腐蚀电位要高，腐蚀电流密度要低。PN-72h的氮碳共渗层和复合改性层的腐蚀平衡电位分别为，-0.717V，-0.538V；电流密度分别为1.26×10-3A·cm-2和3.614×10-4A·cm-2。而在空气中曝露后的腐蚀表面形貌显示，复合改性层表面发生了很严重的全面腐蚀，产物已经掩盖住了原来的表面，而共渗层表面腐蚀情况较轻。