中文摘要：

研究低温离子体渗氮环境中稀土添加对纳米化表层渗氮动力学的影响、稀土渗入的动力学及改性机理。包括纳米化表层的制备；表面纳米晶层稀土渗入机制及其扩散规律、扩散系数；稀土对等离子体渗氮表面层中析出相和相结构的影响；稀土和表面纳米结构对氮界面反应和扩散的影响；渗入元素分布模型化与计算机仿真。传统渗氮温度高(450-600℃)，变形大、组织粗化，难以满足精密零件的性能要求。因此，如何使处理温度降至400℃以下始终为国内外同行所追求。哈工大发明的稀土化学热处理理论及其应用成果，得到了国内外同行认可，稀土和离子轰击表面改性均有加速扩渗、改性层相结构可调的优点。研究250-400℃稀土催化与微合金化+等离子体轰击纳米化表面复合渗氮改性工作尚未见报道。因此，有必要研究在等离子体作用下稀土元素在纳米晶层中的扩散行为，从而揭示稀土低温掺杂对纳米晶层中纳米氮化相形成的作用机理，工作具有重要的理论研究和应用价值。

结论摘要：

研究了低温等离子体渗氮环境中稀土添加对纳米化表层渗氮动力学的影响规律、揭示了稀土渗入的动力学及改性机理。包括得出了3J33钢纳米化工艺技术和纳米化机理；获得了350~410?C下纳米化3J33钢低温表面改性的稀土渗氮层，并且La可以扩散进入高致密度的?或?-Fe4N相中；稀土共渗表面形貌是10-20nm尺度的椭球状氮化物相；在360?C下，可以形成新的单相FeN0.07化合物层；揭示了表面纳米晶层稀土渗入机制及其扩散规律、扩散系数，稀土对等离子体渗氮表面层中析出相和相结构的影响，离子体作用下稀土元素在纳米晶层中的扩散行为，稀土和表面纳米结构对氮界面反应和扩散的影响；建立了渗入元素分布数学模型，实现了计算机数值模拟。基于第一性原理计算、组织观察与结构分析，揭示了稀土低温掺杂对纳米晶层中纳米氮化相形成的作用机理。