本文采用三种工艺在温度450℃、气压300 Pa、试样处于阴极电位的条件下,对AISI304L奥氏体不锈钢进行空心阴极等离子体源渗碳处理,获得无碳化物析出的γC相渗碳层。L₁工艺:使用筒壁具有通孔的石墨屏,在CH4、H2混合气氛中空心阴极等离子体源渗碳;L₂工艺:在通孔中嵌入不锈钢套管,在CH4、H2混合气氛中空心阴极等离子体源渗碳;L₃工艺:使用无不锈钢套管的石墨屏,在纯H2气氛下空心阴极等离子体源渗碳。使用金相显微镜、电子探针显微分析仪、X射线衍射仪观察和测定了不同工艺下获得的渗碳层的金相组织、碳浓度-深度分布和相结构,使用X射线光电子能谱分析技术研究了渗碳层中过饱和碳的存在形式,使用维氏显微硬度计、表面轮廓仪、球-盘式磨损仪检测和分析了不同工艺下所获得渗碳层的硬度梯度、表面粗糙度和耐磨性能。L₁工艺处理得到的渗碳层厚度为8mm,表面显微硬度为HV0.25N 5.7 GPa,硬度梯度平缓;L₂工艺处理得到的渗碳层厚度为17mm,表面显微硬度为HV0.25 N 10.3 GPa,硬度梯度平缓;L₃工艺处理得到的渗碳层厚度为6mm,表面显微硬度为HV0.25 N 8.2 GPa,硬度梯度较陡。X射线光电子能谱分析表明,γC相渗碳层中的过饱和碳以C-Cr键结合的CrCx和C-Fe键结合的FeCx的形式存在。在载荷2 N,磨速0.16 m/s的条件下,以Si3N4陶瓷球作为对磨副与试样对磨。L₁、L₃工艺处理获得的渗碳层,磨痕均呈现以磨粒磨损为主的磨损特征;L₂工艺处理获得的渗碳层,磨痕呈现以氧化磨损为主的磨损特征。L₁、L₂、L₃三种工艺处理获得的渗碳层的比磨损率分别为1.34×10-6 mm3/N·m、1.08×10-6 mm3/N·m、1.13×10-6 mm3/N·m,是原始AISI 304L奥氏体不锈钢的1/7¹/5。三种工艺处理所得渗碳层的耐磨性能较原始AISI 304L奥氏体不锈钢均有了大幅提高。