本文在大量调研和理论分析的背景下,依据合金设计的原则,设计出Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层合金粉末,应用高能等离子束作为加热源,采用同步送粉方式,在Q235低碳钢基体上制备等离子束表面冶金高硅涂层。论文探讨了等离子束表面冶金过程,它是一个快速非平衡结晶过程,随着等离子炬的移动,合金熔池的形成与凝固同时进行。合金粉末不断进入熔池内形成熔体而熔化；在熔池的后半部分,液态金属不断凝固结晶,因此可将表面冶金过程看作一个分阶段、连续反应的过程。详细分析了等离子束表面冶金熔池的凝固机理、凝固特征及对凝固组织的影响。应用配有能谱仪(EDS)的扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD),分析了Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微组织特征、微区成分及物相组成；应用显微硬度计、振动样品磁强计(VSM)测试分析Fe-Si系、Fe-Si-B系高硅涂层的显微硬度和软磁性能,并探讨了涂层显微组织及合金元素含量对软磁性能的影响；最后应用TGA/DSC1同步热分析仪测试分析Fe-Si-B系高硅涂层的抗高温氧化性能,初步研究了涂层在100℃～1200℃空气中的程序控制升温氧化行为及机理。结果表明：等离子束表面冶金Fe-Si系高硅涂层与基体无明显过渡,Fe-Si-B系高硅涂层与基体间产生明显过渡的白亮带平面晶组织,随着与基体距离的增大,从底层的粗大树枝晶过渡到表层的等轴晶和细小树枝晶组织。冶金层由α-Fe、Fe3Si、Fe5Si3、FeSi2、FeB、Fe5SiB2相组成。涂层硅含量、硼含量(<3.8%)越高,涂层显微组织越均匀细小、显微硬度值越高、软磁性能越好。等离子束表面冶金Fe-Si-B系高硅涂层硬度远高于基体,冶金层到基体的显微硬度分布与硅元素含量的分布一致,含硅15%,含硼3.8%的9#试样次表层显微硬度最高926HV0.3,9#涂层矫顽力0.031KOe,最大比饱和磁化强度101emu/g、剩余比饱和磁化强度仅0.76emu/g,矩形比0.008,综合软磁性能最佳。9#和10#涂层氧化加剧起始温度分别为880℃、962℃。