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Q235钢具有良好的机械加工性能,塑性、韧性较好,且价格低廉,常运用于制造较重要的机械零件和石油化工机械中;随着石油化工等的迅速发展,设备装置所处的工况条件也越来越苛刻,对其腐蚀破坏程度也越来越大。同时对表面硬度、耐磨性能也要求越来越高。Nb元素属于体心立方结构,化学性能非常稳定,在常温下的空气中不与氧作用,具有耐高温,耐酸性,抗疲劳等性能,有钢铁维生素之称。在铁素体不锈钢中,应用Nb的钢种最多,在生产实际中用Nb量也最多,主要用于汽车排气系统、石油、发电以及家电、建筑等等。利用表面处理技术在Q235基合金表面形成Nb和Cr-Nb改性层是提高其摩擦学性能、抗腐蚀性能和抗高温氧化能力的重要手段;但常规的表面处理技术,如物理气相沉积、离子注入等获得的改性层,由于改性层太薄对基体的耐磨、耐蚀性能提高有限,另一方面,在高温高载荷、高滑动速度条件下,以上改性层往往由于改性层厚度不够、抗高温氧化能力差、韧性不足或结合强度低等问题而易导致失效。针对上述问题,本文提出采用双层辉光等离子渗金属技术,在Q235基合金表面形成渗Nb及Cr-Nb共渗的改性层,随后用OM,EDS,XRD,SEM分析了改性层的显微组织、化学成分及其相组成,并测试了其表面弹性模量、表面显微硬度、高温和常温摩擦磨损性能、耐蚀性能以及抗高温氧化能力。通过系统研究了各工艺参数对合金层形成的影响,得出了等离子渗Nb的优化工艺参数为:温度:T = 950℃～1000℃;时间:t = 3h;气压:P = 45Pa,极间距:d = 16mm;源极电压:Vs = 900～1000V;阴极电压:Vc = 300～450V。Cr-Nb共渗的优化工艺参数为:温度:T = 950℃;时间:t = 3h;气压:P = 35Pa,极间距:d = 16mm;源极电压:Vs = 950～1000V;阴极电压:Vc = 350～500V。在此条件下形成的表面改性层与基体为完全冶金结合,其成分由表层向基体内部呈梯度分布。表面XRD衍射结果表明,渗Nb合金层主要以Fe2Nb、NbC和Nb等形式存在,表面最高硬度达556.2HV0.025;Cr-Nb共渗改性层的渗层以Cr2Nb、Fe2Nb、Cr7C3和Cr等相为主,表面最高硬度达620HV0.025;渗Nb试样和Cr-Nb共渗试样硬度均由表面向内呈梯度分布。酸溶液和NaCl溶液中浸泡试验及电化学腐蚀试验均表明渗Nb和Cr-Nb共渗后耐蚀性有不同程度的提高。球盘磨损试验表明Fe-Nb合金层和Fe-Cr-Nb合金层摩擦系数较基体降低,磨损体积、比磨损率较基体都有大幅度下降,因此耐磨性得到了较大提高。氧化试验表明在600℃和800℃Fe-Nb合金层、Fe-Cr-Nb合金层较基体高温抗氧化性能显著提高。