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本论文以F51双相不锈钢作为渗氮基体材料,其组织由γ-奥氏体和α-铁素体两相组成,对其进行450℃和550℃两种温度离子渗氮处理。利用光学显微镜(OPM)、扫描电子显微镜(SEM)观察分析F51双相不锈钢渗氮层的微观组织;利用X射线衍射(XRD)方法对渗氮层由表及里的相组成变化进行分析研究;利用X射线能谱仪(EDS)对渗氮层不同深度和不同组织区域的微区化学成分进行了测定。根据以上实验结果分析讨论了450℃和550℃渗氮层的相组成、相分布形成机制以及N的扩散行为。采用显微硬度计、摩擦磨损实验机分别对渗氮层的显微硬度及耐磨性能进行测试,采用激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)对磨痕形貌进行观察,分析渗氮处理对F51双相不锈钢摩擦磨损性能的影响。通过渗氮样品表面与未渗氮样品极化曲线测试,分析比较未渗氮处理F51双相不锈钢和两种温度渗氮样品表面在3.5wt%NaCl溶液中的耐蚀性能。F51双相不锈钢低温(450℃)渗氮层主要由γN相和少量αN相组成,沿渗层由表及里相组成为γN+αN(少量)→γN+αN(较多)→γ+α(基体组织),渗氮层厚度约为7μm;高温(550℃)渗氮层主要由 CrN+αN相组成,沿渗层由表及里相组成为CrN+αN→αN+γN→Y+α(基体组织)。渗氮层厚度约为19μm。低温渗氮样品的平均表面硬度为943.5HV100,高温渗氮样品的表面平均硬度为1079.8HV100,较未渗氮处理的原始材料硬度提高了 2.5-3倍。低温渗氮层以及高温渗氮层表面摩擦磨损性能较未渗氮F51双相不锈钢均有显著提高,原始材料摩擦系数约为0.71,低温和高温渗氮处理后样品表面的摩擦系数大大降低,分别为0.24和0.17。渗氮样品表面磨痕的宽度和深度较基体显著降低。同时,与未渗氮处理的F51双相不锈钢相比,低温和高温渗氮层表面的耐盐水腐蚀性能并未下降,且略有提高。