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渗氮是一种应用广泛的表面化学热处理技术,它具有工艺操作简单、成本低、易于大量生产等诸多优点,是目前氮化钢和高速钢常用的表面强化方法。然而,常规渗氮工艺处理易导致渗氮层较浅、渗氮时问过长,渗氮后形成含ε相的脆性连续氮化物层等。如果将激光表面改性技术与渗氮表面技术相结合,一方面,利用激光表面改性的细化晶粒作用,形成高体积分数的界面,为氮元素的扩散提供理想的通道；另一方面,由于激光表面改性高的加热和冷却速度,将导致硬化层内形成大量位错、孪晶、空位等微观缺陷,显著加快扩散的动力学过程,使形成氮化物的氮势门槛值降低,从而增加渗氮效率,并提高渗氮层分布的均匀性。本文采用激光硬化与渗氮复合表面改性技术,分别对W9Mo3Cr4V高速钢和38CrMoAl钢表面进行了强化处理。利用X射线衍射仪、扫描电镜(SEM)、电子探针(EPMA).显微硬度计和摩擦磨损试验机,系统研究了复合表面改性层的微观组织、成分和性能随工艺参数的变化规律,并分别与单纯激光硬化和单纯渗氮试样进行对比实验分析。研究结果表明,W9Mo3Cr4V高速钢复合改性层主要是由回火马氏体、残余奥氏体、Fe3N, Cr7C3和M2C型碳化物所构成。随着激光扫描速度的增加,回火马氏体、Fe3N和Cr7C3的数量逐渐增多,而残余奥氏体的数量则逐渐减少。与此同时,因晶粒的逐渐细化和微观缺陷密度的增加,致使渗氮层的深度增加,氮化物的分布愈趋均匀。正是由于硬化层组织的上述变化,导致硬化层的硬度、减磨性和耐磨性随扫描速度的增加而提高,且与单纯激光硬化和渗氮工艺相比,复合改性工艺可以有效地提高高速钢的硬度和摩擦磨损性能。由于与W9Mo3Cr4V高速钢在成分上的差异,38CrMoAl钢复合改性层则主要是Fe4N、Fe3N、α-Fe、Cr23C6、Cr2N和A1N所构成。当分别增加激光扫描速度和激光功率时,复合改性层中Fe3N相的数量逐渐降低,而Fe4N相的数量逐渐增多,氮化层的整体深度增厚。由于受晶粒细化和氮化物数量增多因素的控制,复合改性层硬度分别随激光扫描速度和激光功率的增加而升高,而减磨性和耐磨性则呈现出先增加后降低的变化趋势。