GCr15轴承钢是一种常用的高碳铬合金钢,因具有较高的硬度、均匀的组织、良好的耐磨性等优异性能,在工业领域被广泛用于制造滚动轴承及其他机械零件。轴承经常在较高的负荷、速度和恶劣的润滑条件下工作,因此容易发生表面失效而降低其使用寿命。因此利用表面改性技术对GCr15轴承钢表面进行处理,可以改善其摩擦学性能,提高轴承的使用寿命。本文首先采用超声波冷锻(UCFT)表面纳米化技术对GCr15轴承钢进行预处理,制备了厚度约为65 μm的纳米晶表层,其最表层的晶粒大小约为20 nm,然后用离子渗氮技术在部分原始样品和预处理样品表面分别制备了一定厚度的氮化物层。利用光学显微镜、扫描电子显微镜、三维形貌仪、X射线衍射仪和显微硬度计等设备测试UCFT和渗氮处理样品的表面形貌、截面形貌与厚度、表面相组成及硬度变化。利用球盘式摩擦磨损试验机对比了未处理样品、UCFT处理样品、直接渗氮样品和UCFT处理后渗氮样品分别在干摩擦和基础油(PAO)润滑条件下摩擦磨损性能,同时研究了 PAO中MoDTC和ZDDP的添加比例以及两者混合物的总浓度对渗氮钢摩擦磨损行为的影响。结果表明:一方面,UCFT表面纳米化预处理有助于增强离子渗氮的效率,使渗氮层更加均匀、致密,表面硬度最高。在干摩擦和基础油润滑条件下,渗氮样品的摩擦系数和磨损体积较未处理样品显著减低。另一方面,MoDTC和ZDDP在摩擦过程中发生分解分别生成了具有减摩作用的MoS2和具有抗磨作用的磷酸盐,有助于进一步提高渗氮钢的摩擦磨损性能,摩擦系数和磨损体积的变化与MoDTC和ZDDP的比例以及两者的总浓度有关。总体来看,本文中PAO中MoDTC和ZDDP的最佳比例为3:1,此时渗氮样品的摩擦磨损性能最优异。