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Cr的氮化物涂层具有高硬度、高耐磨性，广泛应用于各种金属表面涂层。近来，又因其好的导电及耐腐蚀性能，被研究应用于质子交换膜燃料电池金属双极板表面改性涂层。本研究通过包渗法，在不同碳钢基体表面沉积Cr2N涂层，研究包渗工艺及基体碳含量对渗层结构的影响。通过SPS数据库和ChemSage软件计算，选择包渗剂成分:Cr2N粉作为Cr源与N源，NH4Cl为活化剂;Al2O3粉为填充剂，并且包渗工艺保温温度为1000～1100℃。 本研究采用配比为30Cr2N-2NH4Cl-68Al2O3(wt％)的渗剂，在1100℃下保温4h的包渗工艺下，分别在纯Fe、Q235、45钢基体表面可得到三种不同结构的渗层：当基体为纯Fe时，共渗层为表面1.5μm Cr2N层—基体内大于50μm的富Cr扩散层的结构，其中扩散层中Cr原子浓度比高达40％；当基体为Q235时，共渗层为表面10μmCr2N层—基体内约30μm的富Cr扩散层的结构，在扩散层中存在许多Cr的碳化物沉淀析出，扩散层中Cr原子浓度比为20％；当基体为45钢时，共渗层为最外层16μmCr2N层—次外层约8μm的Cr的碳化物沉积层—基体内约15μm的富Cr扩散层的结构。由此可知，基体碳含量对包渗反应中Cr沉积与Cr2N沉积均有促进作用。基体中C扩散到表面与Cr反应，促进活性Cr在基体表面沉积;此外，C元素与Cr形成Cr的碳化物，碳化物阻碍表面Cr向基体内扩散，提高表面Cr原子浓度，促进共渗沉积;再者，当基体内C含量足够，C与Cr在基体表面形成连续的Cr的碳化物沉积层，该层能促进Cr2N层的沉积生长。包渗工艺对涂层结构也有较大影响，Cr2N粉配比越高，表面Cr2N层越厚;保温时间越长，45钢表面Cr2N层和Cr的碳化物沉积层厚度增长，且碳化物会由(Cr, Fe)7C3部分转变为(Cr, Fe)23C6。显微硬度测试表明，45钢氮铬共渗层表面硬度均在1600HV以上。电化学测试表明，45钢与其涂层样品自腐蚀电位和自腐蚀电流分别为-0.521 V和230.63μA/cm2、-0.448 V和10.89μA/cm2。当腐蚀电位高于0.3 V时，涂层样品发生二次钝化，腐蚀电流低至0.5μA/cm2，耐腐蚀性能得到极大提高;浸泡实验表明，45钢涂层样品由于在四个角落，涂层存在缺陷，易产生点腐蚀现象。在420J2不锈钢、430不锈钢基体进行氮铬包埋共渗处理，可得到表面2μm厚的Cr2N层—基体内Cr浓度高的富Cr扩散层的涂层结构。其表面Cr2N层呈现最高衍射峰(111)晶体结构。在模拟PEMFC工作环境溶液中进行电化学测试，结果表明:420J2涂层样品耐腐蚀性能最好，其自腐蚀电位提高了0.4 V，自腐蚀电流密度降低2个数量级，为0.16μA/cm2，耐腐蚀性能得到了极大提高，基本满足双极板对耐腐蚀性能的要求。