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液相等离子体电解渗透技术（plasma electrolytic nitrocarburising，PEC/N）是一种很有发展前景的表面处理技术，它不仅工艺简单，而且短时间内即可在金属基体表面形成高硬、耐磨、耐蚀的渗透层，因此在钢铁及其合金的表面处理领域具有非常广泛的应用前景。为了拓展此技术更为广泛的应用领域，本文采用KF-[CO（NH2）2]电解液体系，在大气环境下对SKH51工具钢进行液相等离子体电解渗透处理，研究不同的工艺参数对渗层的微观结构、成分分布、相组成以及机械性能的影响。
在KF-[CO（NH2）2]电解液体系中，渗层的形成速度和质量与水和KF的含量相关，水和KF含量占总质量的10％（其中，水的质量为4．4％），渗层质量最好，因此将此工艺配方确定为本实验的电解液体系。
实验发现，在一定的电解液中，渗层厚度随处理时间的增加而增加，但当处理时间超过4 min后，渗层厚度增长缓慢；渗层厚度随工作电压的升高基本也呈增加趋势。此外，处理时间过长和工作电压过高造成碳氮共渗温度过高，导致渗层质量变差，因此，处理时间一般不超过5 min，工作电压一般为220 V的低压。
采用PEC/N技术对SKH51工具钢进行碳氮共渗处理，3～5 min即可在工件表面形成厚度约为40～60μm的有序的多层次体系渗层。从表面到基体，渗层依次为化合物层（3～5μm）→扩散层（30～50μm）→过渡层（10～20μm）→基体，其中，扩散层的存在可以进一步提高工件表面的硬度、耐磨性、耐蚀性和抗氧化性等主要机械性能。从表面到基体的过程中，主要渗透成分氮含量逐渐减少，而碳含量的最高值则出现在扩散层中。渗层的相组成包括ξ相（Fe2（C，N））、Fe4C相、氮化物相（[Cr，Fe]2N1-x）以及氧化物薄膜相。
从化合物层→扩散层，硬度增大，最高值可达1250 HV，然后从扩散层→过渡层→心部，硬度逐渐减小，最后逐渐趋于基体硬度（～800 HV）。经PEC/N处理后，腐蚀面积减少、腐蚀程度降低。其中，基体的腐蚀电流密度为4．769×10-4 A/c㎡，经200 V，5 min处理后的工件的腐蚀电流密度为5．284×10-5 A/c㎡。