本文通过理论计算制定了合适的等离子体渗氮处理工艺，在2Cr13钢表面获得了超细化含氮马氏体组织，提高了其表面力学性能。理论计算以第一性原理为基础，结合热力学计算，研究了含氮马氏体的结构稳定性并预测了其力学性能，揭示了其形成可能性。为验证理论计算的结果，在低温低氮氢流量比的条件下对固溶处理后的2Cr13钢进行了渗氮处理。采用X射线衍射仪分析了了渗层相组成，并利用金相显微镜和透射电镜观察了渗层显微组织。第一性原理计算表明，含氮马氏体Fe₁₄Cr₂N_x（x=0，2，4，6）晶格因氮原子的加入产生很大膨胀，点阵类型趋向于向体心正方结构转变，结合能均为负，结构稳定性随着氮含量增加而下降，硬度因氮原子加入得到提高。热力学计算表明，在低温（400C⁴60C）区间，含氮马氏体相的Gibbs自由能随着氮含量、铬含量的增加和温度的升高而下降；固溶铬后的低氮马氏体的热力学较为稳定。渗氮处理结果表明，2Cr13钢低温（400C⁴60C）等离子体渗氮氮氢流量比为0.05:0.4（L/min）时较佳，表面层为超细化的含氮马氏体组织，渗层厚度随温度升高而增加；460C时随着处理时间的延长，表层中′-Fe₄N和ε-Fe_2³N相含量增多，′-Fe₄N相存在（200）晶面择优取向。560C和590C氮氢比0.05:0.4（L/min）时表面层出现少量CrN相。渗氮处理后磨损率降低，摩擦系数由0.5降低至0.45，耐磨性提高。400C渗氮处理后磨痕较窄，磨损率低，为1.75×10^-5(mm³·（N·m）^-1)，表面的纳米硬度和弹性模量分别提高到11.078GPa和279.736GPa，验证了理论计算结果。