内燃机活塞环槽在运行过程中磨损超限,现有处理工艺不能满足其运行要求,280型内燃机活塞环槽只有6mm宽,对活塞环槽进行表面处理具有一定的难度。离子氮化技术可以实现对窄缝结构件的表面强化,只要空隙≥1mm,就能够产生辉光,可以实现对活塞环槽的表面强化;激光淬火技术可以通过采用斜入射的方法实现对活塞环槽的强化。目前,对于活塞环槽表面强化研究的可参考文献较少,在这种情况下,本文针对活塞环槽的结构特点和运行要求,在对盐浴软氮化和高频淬火表面处理的磨损试验和失效分析结果的基础上,主要研究离子氮化技术和激光表面淬火技术用于活塞环槽表面强化处理的可行性,并通过模拟工况的摩擦磨损试验,研究两种技术对于改善活塞环槽表面耐磨性和延长使用寿命的作用效果;此外,还研究了离子氮化加离子硫化复合处理、激光淬火加离子硫化复合处理技术对于改善摩擦副抗磨、减摩的作用效果,对在硬化层表面复加自润滑层来提高无润滑、减少润滑零件表面耐磨性的可行性进行了探索。本论文在活塞环槽表面制备了离子氮化层、激光淬火层、离子氮化加离子硫化层、激光淬火加离子硫化层,分析、测定了这四种涂层的微观结构和性能。并用这四种活塞环槽表面处理试样分别与表面喷涂钼基合金、表面离子硫化和未经处理的铸铁活塞环组成摩擦副,在模拟活塞环槽和活塞环工况的条件下进行摩擦磨损试验,与盐浴软氮化和高频淬火处理试样的磨损试验进行对比,研究这些摩擦副的耐磨性、分析摩擦学特性。研究结果表明,在试验的几种表面处理方法中(包括目前使用的盐浴软氮化和高频淬火),离子氮化是最理想的活塞环槽表面处理技术,42CrMo(活塞钢顶)离子氮化与铸铁表面喷涂钼基合金(活塞环)摩擦副的磨擦系数小、且稳定,磨损量最低。活塞环槽离子氮化层的厚度可达0.3mm,硬度高达HV824,都能较好地满足内燃机活塞的技术设计要求。在离子氮化和激光淬火的基础上进行离子硫化处理,有利于降低摩擦副摩擦系数,能够起到减摩的效果;但硫化层厚度较薄,不宜用于要求长寿命稳定运行的零部件。