低温离子渗碳技术可以在不降低奥氏体不锈钢耐蚀性能的前提下对其进行表面硬化处理,提高不锈钢表面的硬度和耐磨性能。由于奥氏体不锈钢低温离子渗碳技术对温度均匀性要求较高,而现有市场上的热处理设备不能够满足其工艺要求,本课题首先设计并研制了一套适合用于奥氏体不锈钢低温离子渗碳的装置,用AutoCAD对其炉体的主体结构、冷却系统、炉体零部件以及液压升降系统进行设计和校核,从而为低温离子渗碳处理技术的推广应用奠定了基础。本文利用低温离子渗碳技术,对三种典型的奥氏体不锈钢(AISI316L、AISI321、AISI 304)进行表面硬化处理。借助于一些先进的分析仪器和分析方法,如场发射扫描电镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)、金相显微镜(OM)、显微硬度计和电化学分析仪等,对渗碳层进行测试和分析。探讨渗碳温度、渗碳时间以及基体材料成分等因素对渗碳层相结构、金相组织、显微硬度和耐蚀性能等的影响。实验结果表明,渗碳温度、渗碳时间和基体材料成分对渗碳层的组织和性能都有重要的影响。在低温、短时间的处理条件下,可获得无碳化物析出的γ_c相渗碳层,随着渗碳温度的提高或处理时间的延长,渗碳层厚度增加,但渗碳层中有碳化物析出,表面耐蚀性能有所下降;基体中含有Mo或Ti的奥氏体不锈钢在低温渗碳时可以获得更厚和更硬的渗碳层。本文对低温离子渗碳的机理进行了研究。结果发现,低温离子渗碳是一个主动吸附—脱附的过程。从阴极表面溅射出的Fe原子与活性碳原子化合生成FexC,已活化的试样表面主动吸附FexC粒子,这些粒子受到其他粒子撞击后,C脱附出来成为渗碳的碳源并向试样内部扩散,形成γ_c相的渗碳层。本文还对低温离子渗碳的应用进行了探索。利用低温离子渗碳技术对奥氏体不锈钢阀门零件进行了表面硬化处理,获得了良好的渗碳硬化效果,证明了低温离子渗碳技术在该方面的优越性。