本文对合金碳钢表面等离子体渗氮是否发生调幅分解现象进行研究，通过热力学方法计算发生调幅分解的温度和成分范围，进而用数值模拟预测低氮化合物相体积分数，然后在调幅分解范围内开展等离子体渗氮实验，用XRD、TEM等表征手段证实调幅分解的发生，最后通过性能测试来说明渗氮过程发生调幅分解的优势，并认为调幅分解是固溶预处理后等离子渗氮组织纳米化与深层渗的关键。用伪二元模型计算Fe-Cr-N体系自由能-成分曲线能很好地解释低氮化合物相FeN_z(z=0.0324-0.095)与含氮马氏体是通过上坡扩散的调幅分解生成的，并且得到了发生调幅分解的最高温度与最佳氮含量分别为1969K和N=1.85wt.%。另外，随着温度的上升，调幅分解越发容易，但是又不能超过奥氏体化温度863K。由相场模拟可知，调幅分解生成了低体积分数的低氮化合相FeN_z，其形态多为圆形颗粒状，从理论计算得到FeN_z相体积分数在[0.61%,39.5%]之间，而模拟结果显示只有不到3%，两者虽有出入但可以预测其为低体积分数。在随后的试验中不但证实了调幅分解并且得到了表面纳米级别的含氮马氏体与低体积分数的FeN_z两相。对40CrNi钢520C等离子体渗氮发生调幅分解的试样做表面TEM观察可知，表面为纳米级的含氮马氏体与FeN_z，尺寸在10-30nm之间，并伴有非晶。其他钢种如2Cr13、17-4PH等离子渗氮同样也观察到了纳米晶和非晶现象。最后的显微硬度与摩擦磨损性能测试表明，若等离子体渗氮过程中出现调幅分解，不但能导致深层扩散，而且渗层硬度梯度也非常平缓，这主要是因为一方面调幅分解组织细化导致N原子扩散通道增多，另一方面调幅分解后表面无脆硬的高氮化合物相(-Fe2-3N与γ′-Fe4N)生成。