随着科学技术的飞速发展,润滑材料与润滑技术不断更新。固体润滑技术的研究将对传统的材料摩擦磨损理论做出全新的补充和扩展,它的出现将使材料的摩擦磨损问题得到更有效的解决,从而产生极大的经济、环境和社会效益。FeS作为固体润滑材料的突出代表,由于其疏松多孔易滑移,硬度很低,剪切强度很小,有着良好的降低摩擦系数的特性以及良好的润滑性能,有着广泛的应用前景。为了提高35CrMo钢作为钻杆接头材料的摩擦磨损性能,在其传统渗氮处理的方式上增加渗硫处理工艺,将FeS固体润滑材料引入钻探机械零件的使用中。利用渗氮+渗硫复合处理方式在35CrMo钢的表面制取硫氮复合处理层。论文针对这种处理方式,利用等离子热处理设备对低温离子渗硫工艺进行研究;在GWL-1000型及MM-200型摩擦磨损试验机上对比研究35CrMo钢渗氮表面与硫氮复合处理表面在不同润滑状态下的摩擦磨损性能;考察了实际使用过程中硫氮复合处理的钻杆丝扣的应用效果;利用微观分析仪器全面观察分析研究了复合处理层及其磨损表面的形貌、组织结构、元素原子价态、元素分布和力学性能等,对复合处理表面的作用机理进行了分析;利用电化学工作站研究了在不同腐蚀介质下复合处理表面层的耐腐蚀性能;为了优化对钻杆接头的设计,还对其表面的受力进行了有限元分析。研究结果表明,通过一定的工艺手段,可在35CrMo钢表面制备一层硫氮复合处理层。在不同润滑条件下,硫氮复合处理相对于渗氮处理可以更好地提高材料的摩擦磨损性能。硫氮复合处理表面在实际应用中也可以取得很好的效果,可有效地延长零件的使用寿命。通过有限元分析得出公扣根部螺纹和母扣相应表面需要进行表面强化,过渡区域加工时应该更加平缓的改进措施。与原始渗氮表面相比,硫氮复合处理表面耐腐蚀性能在酸性腐蚀介质中得到提高。本文实验结果及理论研究表明,硫氮复合处理35CrMo钢具有优异的摩擦学性能,FeS固体润滑材料在钻探机械行业具有广阔的应用前景。