为改善奥氏体不锈钢的表面硬度和耐磨性,采用超声滚压与离子渗氮复合工艺对316L不锈钢表面进行了表面强化处理。利用扫描电镜(SEM)、硬度计、X射线衍射仪(XRD)和能谱仪以及摩擦磨损试验机等测定了渗氮层的硬度、深度、含氮量和物相组成,研究了表面晶层组织结构对离子渗氮行为和渗氮层在润滑油条件下摩擦学性能的影响。结果表明:直接渗氮和超声滚压/渗氮试样表层组织均由S、γ’、ε和Cr N相组成,渗氮层厚度均为20μm,直接渗氮层以S相为主,超声滚压后渗氮层以ε和γ’相为主,组织结构较为致密;超声滚压/渗氮层的平均渗氮含量是直接渗氮层的2.88倍,摩擦系数降低了0.04,显微硬度和耐磨性是直接渗氮层的1.15倍和2.76倍;超声滚压处理诱使316L不锈钢表面形成的纳米晶层组织结构增强了渗氮试样表面的催渗效能和对渗氮层的支撑强度,超声滚压后渗氮试样的表面耐磨性能最好。