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等离子体浸没离子注入（PIII）技术由于消除了传统束线离子注入的直射性限制,能够处理各种复杂形状的工件,为轴承部件的表面强化提供了理想的手段,然而,仅仅在单一部件表面获得较好的剂量均匀性是不够的,实现轴承部件的批量改性处理并保证良好的注入剂量分布成为PIII技术走向工业规模应用的关键技术之一。由于注入剂量的分布主要受到工件周围鞘层扩展的影响,因此,如何避免各个相邻部件之间鞘层的交叉和重叠成为实现对轴承部件PIII批量处理的关键。本文利用三维Particle-in-cell（PIC）模型实现了轴承滚珠PIII批量处理过程的数值模拟,获得了PIII批量改性过程中高压幅值、等离子体密度和脉冲宽度对鞘层扩展行为以及滚珠表面注入剂量均匀性的影响规律。结果表明:高压幅值越高,鞘层厚度越大,注入剂量数量越大,但由于此时鞘层与滚珠之间的保形性较差,因此滚珠表面的注入剂量均匀性降低;当电压幅值相同,等离子体密度越高,鞘层厚度越小,鞘层与滚珠之间的保形性越好,注入剂量分布均匀;随着高压脉冲宽度的增加,滚珠周围鞘层不断向外扩展,滚珠表面的注入剂量随之增加,当注入电压为-10kV,等离子体密度为1.0×109cm-3,脉冲宽度为5.0μs时滚珠表面注入均匀性可达80.67%,当脉冲宽度为10.0μs时,滚珠表面注入剂量均匀性降为78.20%。将脉冲高压辉光放电引入到轴承外圈PIII过程中,成功实现了轴承外套圈内表面的PIII批量处理,并利用二维PIC模型对批量套圈中心区域有、无高密度等离子体补充情形下,鞘层的扩展行为以及轴承外圈内滚道表面的注入剂量进行了数值模拟,计算结果表明:当批量摆放的轴承外圈内部有高密度等离子体补充时,内滚道表面注入剂量及其分布均匀性明显高于没有等离子体补充时的注入剂量及其分布均匀性;由于电场的作用,位于端部的套圈滚道注入剂量高于中间位置处套圈滚道的注入剂量;轴承套圈1-5总体剂量分布均匀性达到86.87%,位于批量摆放中心位置的套圈3内滚道表面注入剂量分布均匀性最好,达到82.13%。为了验证模型的可靠性,我们对批量外圈内滚道分别进行了等离子体浸没离子注入和沉积实验研究,注入处理后注入剂量分布规律与数值模拟结果完全吻合;沉积膜层厚度的测量结果表明当电压较小时,由于端部套圈不再拥有可用离子数量的优势,因此沉积时膜层厚度的均匀性好于注入时的剂量分布均匀性,间接的证明数值计算的正确性。利用二维PIC模型对轴承内圈PIII批量处理过程进行了数值模拟,着重研究了批量处理时轴承内圈摆放方式对外滚道表面最终注入剂量的影响,结果表明:当批量摆放的轴承内圈中心区域存在腔体结构时,批量摆放内圈外围的离子会在电场作用下进入到腔体内部并逐渐消耗,从而降低了轴承内圈外滚道表面的注入剂量,并且注入剂量均匀性较差;利用外加柱体将批量内圈中心的腔体结构消除后,批量轴承内圈外滚道表面的注入剂量有所提高,除位于端部两个套圈表面注入较差以外,位于中间位置的滚道表面剂量分布均匀性达到98.88%。通过对相同参数下批量套圈外表面注入剂量的实验研究证明了模型的可靠性。鉴于数值计算结果以及实验测量结果,在对轴承内圈进行PIII批量处理时,在批量摆放的套圈端部分别放置两个与套圈几何尺寸相近的“牺牲体”,以确保位于中间位置的轴承套圈滚道表面均获得较好的注入剂量均匀性。