船用活塞销用于连接活塞和连杆,长期暴露于高温环境,在承受较大周期性冲击载荷的同时,又因难以形成润滑油膜,润滑条件差,承受往复的摩擦磨损,这些复杂且恶劣的工作环境要求活塞销必须具有足够的刚度、强度和耐磨性能,因此,本文选择活塞销的常用材料低碳钢为对象,采用液相等离子体电解技术在其表面制备碳氮共渗层,进一步提高其摩擦学性能。本文首先采用不同体系、不同配方的电解液进行了电解液体系的探索实验,分析了低碳钢在各种电解液体系下实验的共渗效果;然后制定实验方案,创新采用阶段式电压对低碳钢进行液相等离子体电解碳氮共渗处理,并通过SEM/BSE、XRD、EDS、显微硬度仪、摩擦磨损实验机等,对共渗层的微观结构、组成及摩擦学性能进行测试;探索对比了不同模式下的能耗情况。研究结果表明:低碳钢在尿素+甘油体系电解液中进行碳氮共渗处理,反应过程连续、稳定,制备的渗层厚度均匀,且实验成本可控,适合作为实验用电解液;实验条件下获得了均匀致密的碳氮共渗层,阶段式电压能明显提升共渗效果,渗层厚度高达161.34μm,与现有文献相比约提升了 13.0%,渗层硬度高达800HV以上,为基体硬度的3倍左右;渗层表面存在球凸起、凹坑、熔融物及放电通道等形貌,随着工作电压的升高,渗层表面球凸起等形貌减少并趋于平整;共渗层包含Fe5C2、Fe3C、Fe2-3N、Fe4N等物相,适当提高电压有利于C、N元素的渗入,实验条件下反应以渗氮为主;采用阶段式电压进行实验除了提升共渗效果之外,还可以明显降低能耗,实验条件能耗降低3.34%;摩擦磨损实验显示碳氮共渗处理后的样品有着明显的耐磨减摩效果,阶段电压条件制备的样品摩擦系数最低稳定在0.5左右,相比较基体的平均摩擦系数降低了 71%左右,磨痕深度最低为10.65μm,相比基体降低了 87%左右。