液相等离子技术是一种新型的表面改性技术,可以在钢铁表面渗入微量N、C等元素,提高钢铁表面的硬度和耐磨性,近年来受到研究人员的高度关注。然而其渗透机理、成膜过程、电解质溶液配制、工艺参数选择以及改性层摩擦学性能等,还都研究的不够深入,研究结果缺乏统一性和可比性。因此,本文采用阴极液相等离子技术,对45钢表面进行改性处理,以期获得优异的摩擦学性能。首先结合基体材料的特点,对阴极电解渗透的机理和电解液中可能发生的电化学反应进行了分析,筛选配制了以尿素为主体的电解质溶液,完成了不同工艺参数组合下的改性实验。采用扫描电子显微镜、能谱仪、X射线衍射仪、显微硬度计,对改性层的形貌、组织、成分和显微硬度进行了测试,分析了尿素电解质质量分数、电压、导电盐种类、导电盐质量分数和处理时间对改性层性能的影响。分析测试结果表明,尿素质量分数与电压参数对改性层的化合物组成和显微硬度的影响最为明显。随着尿素电解质质量分数的上升,改性层的组成成分也相应发生变化。在尿素质量分数较低时改性层中只有铁的氧化物,在尿素质量分数达到60%时,改性层中出现了 Fe2N。改性层的厚度也随着尿素质量分数的升高明显增加。而电压参数的变化对改性层的显微硬度影响较大,检测发现在较高电压下制备的改性层显微硬度明显上升。当电压为280V时,改性层的显微硬度最大达到1112.5HV,与基体相比提高了近4.0倍。为了进一步研究不同电解质组成对于改性层性能的影响,先在尿素电解质中添加氨水、然后又利用甲酰胺和甘油单独作为电解质分别进行了改性实验。研究表明,随着氨水质量分数的提升,改性层中的氮含量有所上升,改性层厚度由1.0%氨水添加量的57.76μm逐渐增加到了 10.0%氨水添加量的94.08μm,最大显微硬度提升至804.1HV。而通过对甲酰胺和甘油处理的试样表面检测发现,甲酰胺电解质制备的改性层相对含氮量和含碳量分别为12.00%和9.69%,甘油电解质制备的改性层相对含碳量为10.56%,而基体的相对含氮和含碳量仅分别为4.55%和3.68%。最后在球盘式摩擦学试验机上,对改性层的摩擦学性能进行了测试。研究了尿素质量分数、电压参数、导电盐种类、导电盐质量分数、处理时间、氨水添加量对改性层干摩擦性能的影响,并对一些干摩擦性能较好的改性层进行了水润滑状态和油润滑状态下的摩擦学性能测试。研究结果表明,改性层的干摩擦系数和水润滑状态下的摩擦系数与基体相比都有所降低,而干摩擦系数降低更为明显。由于渗层中氮化物和碳化物的存在,改性层的耐磨性也有不同程度的提高。