因奥氏体不锈钢具有优良的物理和力学性能,如耐腐蚀、塑性良好、光洁度高、表面美观等,在工业生产中获得广泛应用。但奥氏体不锈钢也具有硬度低、耐磨性差等劣势,严重影响其使用寿命,给企业造成巨大的经济损失。奥氏体不锈钢无法采用传统的热处理等工艺改善其性能,表面改性成为了提高不锈钢表面硬度及耐磨性的最佳手段。相较于平面件,管道的服役条件更为苛刻,更容易受到损坏,管内壁的处理也更加困难,因此,我们选择不锈钢管作为研究对象。为提高不锈钢管内壁的性能,采用辉光等离子氮化工艺。为实现管内均匀氮化,对辉光放电的装置进行了改进,以细丝作为阳极,穿过不锈钢管内部,实现各处均能实现放电。为深入了解等离子氮化的特性,研究了辉光放电的特性,以及等离子体发射光谱及等离子氮化的相关工艺。不锈钢管的相关参数为:内径10mm,外径14mm,长度200mm,材质为304奥氏体不锈钢。采用脉冲电压电源,通过改变电压幅值、占空比、放电气压等条件,研究了放电特性,包括脉冲电流波形、平均电流、峰值电流以及电流轴向分布。结果表明,随着电压的提高,平均电流和峰值电流均上升,相同条件下纯Ar放电电流最大,纯N₂放电电流最小,这种现象被认为与离化率有关。随着占空比的提高,平均电流和峰值电流均上升,且电流均匀性也变好,但N₂气体下均匀性比较差。随着气压的升高,平均电流及峰值电流均上升,但上升趋势存在差别,纯Ar和纯N₂气体下的电流均匀性也随着气压升高而变好,Ar气在80Pa下电流均匀性可达到90%以上。纯Ar气体下,Ar^*和Ar⁺的特征谱线强度均随着Ar流量、占空比以及电压的提高而增强,强度最高的原子谱线和离子谱线分别为Ar^*（750.4nm）和Ar⁺（656.3nm）;纯N₂气体下,两条特征谱线强度也均随着N₂流量、占空比以及电压的提高而增强,N₂⁺（391.5nm）受参数的影响较大,同时强度也较高;混合气体下,Ar与N₂相互作用会生成新的粒子,其中,原子谱线中Ar^*（750.4nm）处的特征谱线强度最高,增长速率也最大。离子谱线中,N₂⁺（391.5nm）强度最高。通过SEM、XRD、能谱分析以及压痕分析,可以确认管内壁生成氮化层,且可有效提高管内壁的硬度。最高生长速率为5μm/h,参数设置为:电压600V,占空比20%,气体组成为n（Ar）:n（H₂）:n（N₂）=100:300:300。可实现管内均匀氮化。氮化之前需对管进行Ar清洗,活化表面。气体中添加Ar有助于提高碰撞的频率,促进离化,提高渗氮的速率,含Ar条件下的渗氮层厚度为不含Ar条件下渗氮层厚度的2倍以上。提高N₂浓度可有效提高氮化速率。占空比对氮化层厚度的影响不大,但对氮化层的成分有较大影响,提高占空比,有利于提高温度,促进氮化。