液相等离子体渗透技术是一项新型的表面改性技术,可用于在钢铁表面渗入C、N、B等间隙元素,提高钢铁表面的显微硬度与耐磨性,近年来受到研究人员的密切关注。但是目前大多数的研究都集中于阴极液相等离子体渗透,对于阳极液相等离子体渗透,其渗透机理、电解质体系、渗层形成过程、工艺参数的影响以及如何形成稳定的气封层等,还都研究的不够深入,导致阳极液相等离子体渗透的研究结果数据匮乏且不具统一性。因此,本文在对阳极液相等离子体渗透理论进一步分析的基础上,采用阳极液相等离子体渗透技术,对45号钢表面进行改性处理,提高其硬度和耐磨性。首先通过对电解槽内的流场进行仿真分析,优化电解槽结构,促进气封层的形成及稳定放电。对阳极液相等离子体渗透的机理以及电解液中可能发生的电化学反应进行了分析,优选尿素作为电解体系中的主要电解质组分,完成了不同工艺参数组合下的碳氮共渗实验;并以硼酸作为主要电解质的电解体系中,完成了不同工艺参数组合下渗硼超硬层的制备。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计等,对改性层的形貌、组织、成分和显微硬度等进行了测试,分析了电解质质量分数、电压、处理时间对改性层性能的影响。电解槽内流场分析表明,电解液的流动方向对电解槽内流场分布的均匀性影响较为显著,随着电解液流动方向的改变,电解槽内的压力与速度分布发生变化。当进液口与出液口相互平行的布置于同一平面,且二者不在同一直线上时,电解初始阶段,电解槽中的流场分布最均匀,阳极极板附近流体波动最小,最利于气封层的形成、利于达到稳定放电状态。在碳氮共渗实验中,电解电压与处理时间对改性层的组成、结构和显微硬度的影响最为明显。随着电压与时间的增加,改性层厚度均有上升趋势,最大可达170μm。当电压为280V、处理时间5min时,近表面改性层的氮元素含量最高,达1.23%,碳元素含量也达1.73%,较基体有大幅提升。在物相组成方面,经过处理后的试样出现了氮化物相与碳化物相,当电压、处理时间变化时,改性层相结构中氮化物的形式发生明显变化。而电压、时间参数的变化同样对改性层的显微硬度影响较大,检测发现当电压、时间分别为280V、10min时,试样的最高截面硬度达到889.5HV,该数值相较于基体提高了4倍。电解电压为280V、处理时间为5min时,平均摩擦系数最低为0.20,磨损量较低为0.3mg,共渗处理后的表面质量最好。在阳极液相等离子体渗硼制备超硬层的过程中,经过物相分析发现,处理后的试样均出现了硼化物Fe B、Fe2B。在10%硼酸+5%氯化铵的电解液中,电解10min,当电压为300V时,最高截面硬度为1235.4HV,相较于基体提高了5.6倍。总的来说,渗硼比碳氮共渗对硬度的提升普遍更加明显,而硬度的提升必然会提高耐磨性。不同电解电压处理所得的渗硼层表面干摩擦系数均低于基体,且随着电压的升高,摩擦系数逐渐降低,稳定后其值大约在0.30~0.40之间,而基体的摩擦系数为1.02。当电解电压为300V、处理时间为10min时,平均摩擦系数最低为0.24,磨损量较低为1.3mg,渗硼处理后的表面质量最好。