相比于奥氏体不锈钢，马氏体不锈钢凭借其较高的强度、表面硬度、耐磨性及耐蚀性，广泛应用于多个领域。但是在某些极端的使用环境下，马氏体不锈钢的硬度和耐磨性仍不能满足要求。本文以AISI420马氏体不锈钢为例，在不降低其耐蚀性能的前提下，对其进行低温离子硬化处理，以提高它的表面硬度和耐磨性，扩大它的适用范围。本文通过对AISI420马氏体不锈钢进行低温离子渗氮、低温离子氮碳共渗及低温离子渗碳处理，将处理后的试样进行对比分析。试验结果表明，对AISI420马氏体不锈钢进行低温离子渗氮、氮碳共渗及渗碳处理均可有效地提高其表面硬度，使不锈钢表面获得一定厚度的硬化层；在相同的处理温度下，低温离子渗氮处理试样的硬度最高；在同类的处理工艺下，处理温度越高，渗层越厚。磨损试验结果表明，经不同工艺处理后的试样，低温离子渗碳试样的耐磨性最优。从硬化层的性能和处理难度角度看，低温离子渗碳要优于低温离子渗氮和氮碳共渗。本文进一步研究了低温离子渗碳的温度、气体比例、炉内压强及渗碳时间对硬化层的影响。实验结果表明，在一定的温度范围内，提高渗碳温度可提高马氏体不锈钢硬化层的硬度和厚度；但当渗碳温度超过500℃时，渗碳层中析出大量Cr的碳化物，导致不锈钢表面的耐蚀性能降低。随着马氏体不锈钢低温离子渗碳时间延长，硬化层的硬度和厚度增加，但当离子渗碳超过6h，渗层的硬度和厚度增长变缓。气体比例及炉内压强与离子渗碳处理的结果不成简单的正比关系，而是在某处出现极值。根据单一变量法的结果得出了适合AISI420马氏体不锈钢低温离子渗碳的最佳工艺参数。