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目前，对材料的耐腐蚀性和耐磨性能需求显著攀升，以铬的氮化物CrN，Cr2N在耐摩擦应用方面被认为是代替TiN薄膜最有前途的材料。虽然现有的复合渗铬工艺能够实现低于700℃低温盐浴渗铬，在钢材表面生成纳米晶CrN/Cr2N薄膜并改善基体组织，但是存在着工艺复杂等不足之处。本文利用三价铬电镀结合渗氮的方法，在相对较低温度下制备铬氮合金层，方法既简单环保，改善基体表层组织且不影响深层基体组织性能。本文以纯铁为基体，采用二甲基甲酰胺（DMF）体系镀液进行三价铬的电镀。为比较先渗氮与后渗氮对镀层性能的影响，采用两种工艺：工艺一，先在560℃温度预离子渗氮然后镀铬，之后在氩气保护气氛下分别对样品在200、400及600℃进行2小时扩散退火；工艺二，先电镀铬，然后分别在550、640、700℃进行气体渗氮4小时，制备不同厚度的镀铬层并进行穿透渗氮获得合金层。采用X射线衍射仪、金相显微镜、扫描电镜及能谱、电子探针分析了样品表面的形貌特征以及横截面各层的组织形态和相组成，并分析了表层铬氮合金中，Cr的化合物的形态及其形成过程。采用显微硬度计测量了表面各层组织的硬度。纯铁经先离子渗氮后镀铬，从表层至心部依次生成电镀铬层、ε-Fe2-3N层、氮扩散层和基体组织。分别经200、400和600℃的2小时退火后，在电镀铬层和原离子渗氮表面ε-Fe2-3N层之间生成了一“过渡层”，该层主要含有Cr、Fe、C、N、O等元素。镀铬层硬度从未退火的600HV25g提高到600℃退火的1200HV25g。“过渡层”显微硬度相对镀铬层和离子渗氮表层ε-Fe2-3N层硬度偏低。X射线衍射结果表明，随着退火温度从200℃提高到600℃，电镀层由非晶/微晶态转变为晶态，400℃时，出现了CrC相；600℃时，出现了形成Cr2O3，(Cr,Fe)7C3，(Cr,Fe)23C6，(Cr,Fe)2N1-x等物相。纯铁经先镀铬后气体渗氮，得到的表层截面组织依次为：表层2-5μm铬氮合金层，其次10-20μm厚ε-Fe2-3N/γ′-Fe4N相，再次是α-Fe基体上分布着针状γ’-Fe4N，心部为α-Fe。经550℃气体渗氮后，原电镀铬层大部分仍为Cr，只有少量的Cr2N；640℃渗氮表层生成了大量的CrN，铬氮合金层主要是CrN和少量Cr2N混合相；700℃，Cr2N(111)峰值超过了CrN(200)，合金层主要是CrN和Cr2N混合相。为研究先镀铬后渗氮过程中，铬合金层中CrN和Cr2N的形成过程，采用在640℃分别进行1、4、9小时不同时间渗氮，结果表明：在渗氮过程中，首先在表层生成Cr2N，随着时间延长到4小时时Cr2N峰变弱，并出现了CrN峰，到9小时时CrN峰最强，Cr2N峰最弱。由此表明，随着渗氮时间和渗氮温度的不同，可以在表层分别形成由CrN和Cr2N组成的复合层。通过比较两种不同的工艺表明：先渗氮后镀铬再扩散退火，可以得到相对较厚和较好结合力的合金层，而先镀铬后再渗氮得到的合金层结合力不高。采用先镀铬后渗氮的方式，比较了纯铁、45钢和H13钢不同基体材料所获得复合层组织的异同。复合层主要为：表层铬氮合金层，其次为扩散层，心部为基体。其表层铬氮合金层的相结构同纯铁表层相相类似，由于45钢的碳含量较高，所以出现了较强烈的铬碳合金相倾向。