奥氏体不锈钢表面存在致密的钝化膜层,因而具有优异的耐腐蚀性,但由于其表面硬度低和耐磨性差等原因,在实际工程中因磨损严重而导致材料失效。因此,提高不锈钢表面硬度,改善材料的耐磨性对于延长不锈钢使用寿命、降低材料成本具有显著的经济意义。氮元素可提高奥氏体不锈钢表面硬度,是改善其耐磨性的有效方法之一。但奥氏体不锈钢中存在强氮化物形成铬元素,若在渗氮层中析出铬氮化物,虽提高不锈钢表面硬度,但牺牲了不锈钢的耐腐蚀性。研究探讨不锈钢改性层的氮含量与存在形式将具有重要的理论研究意义和工程应用价值。本文选择AISI304和AISI316L两种奥氏体不锈钢,通过控制渗氮温度利用气体渗氮方法在试样表面制备了一定厚度和氮含量表面改性层。利用光学显微镜(OM)、电子探针(EPMA)、场发射扫描电镜(FESEM)和X-ray衍射仪(XRD)对样品表面进行了微观组织、成分、形貌和物相分析。通过显微硬度计、摩擦磨损试验机和三维形貌仪分别对渗氮层显微硬度、摩擦系数、磨损量和磨损形貌进行了表征,评价了其耐磨性。利用电化学工作站和盐雾腐蚀试验箱研究了渗氮层的动电位极化曲线、交流阻抗等耐腐蚀性能。研究结果表明:AISI304和AISI316L两种奥氏体不锈钢经气体渗氮5h后,表面硬度相比未渗氮试样提高2～5倍。430℃试样氮含量较低,为4%左右,渗氮层深9μm左右,此时氮固溶于奥氏体晶格,为膨胀奥氏体相,表面硬度为1000HV0.05左右。渗氮温度为530℃时,生成Fe4N相与Cr2N相,渗层深度为80μm左右。随渗氮温度的逐渐升高,N的存在形式由Fe4N、Cr2N相转变为Fe2N、CrN相,氮含量增加。1050℃试样渗层深度最大为200μm左右,但表面硬度最低为520HV0.05左右;渗氮试样的耐磨性随温度增加而显著提高,原始试样在20N载荷下经磨损后磨损量最大,磨损表面存在大量的不均匀片状堆积物,磨损机制为较严重的粘着磨损,并且伴随着塑性变形;渗氮后试样磨痕表面犁沟浅而窄,磨损机制转变为轻微的磨粒磨损。奥氏体不锈钢基体本身耐蚀性较好,AISI304奥氏体不锈钢经430℃渗氮后,相比基体耐蚀性略有降低,1050℃渗氮试样自腐蚀电流密度更高为5.26μA·cm-2,腐蚀电位为-0.09V更加接近于正值,交流阻抗谱拟合后的电阻值最大为2.01×104Ω。经盐雾试验后,430℃与1050℃渗氮试样与未处理试样表面均无腐蚀产物,在该温度下渗氮改善了材料的耐蚀性。AISI316L奥氏体不锈钢相比AISI304奥氏体不锈钢基体耐蚀性更好。相比原始试样,经530℃、650℃、800℃及1050℃渗氮后N与Cr结合成CrN,造成材料表面的贫铬,使耐蚀性均遭到不同程度破坏,腐蚀电流密度均有所降低,交流阻抗谱拟合后电阻值变小。