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本文针对目前用于钢齿牙轮钻头齿面强化的国产硬质合金抗冲击性能差、耐磨性不足等问题，以钢齿牙轮钻头基体材料20Ni4Mo作为试验用材，选用具有良好耐磨性能的硬质合金和金刚石作为齿面强化材料，采用复合材料堆焊工艺完成钢齿钻头基体材料的表面强化研究，从而提高钢齿牙轮钻头基体材料的表面耐磨性和抗冲击能力。通过模拟钢齿牙轮钻头工作环境，用冲击磨料磨损试验实现对基体材料表面堆焊层的耐磨性检验，为钢齿牙轮钻头齿面强化探索一条更为有效的新途径。本文的研究工作是江汉钻头股份有限公司与西南石油大学合作的科研项目“钢齿牙轮钻头齿面强化材料及强化工艺研究”中的主要内容。本文主要完成了以下几方面的工作： （1）通过收集国内外相关资料，弄清了钢齿牙轮钻头的主要失效形式及其原因，掌握了国内外钢齿牙轮钻头齿面强化材料及强化工艺的研究现状； （2）针对目前钢齿牙轮钻头堆焊层性能评价指标过于单一、不够全面的问题，本文从所用焊条的焊接工艺性能以及堆焊层的使用性能方面着手，提出了评价指标和评价方法，建立了堆焊耐磨材料性能评价体系，使对堆焊层的性能评价更加全面、客观； （3）通过试验研究，优选出了抗冲击能力强，耐磨性能更好的球形硬质合金； （4）开展了金刚石表面金属化研究工作，解决了金刚石、胎体合金和基体三者之间的结合问题； （5）将理论分析与试验研究相结合，逐步改进并优选出适合金刚石焊接的合金粉末及焊皮材料； （6）研制了新型管装复合焊条，经试验验证用该复合焊条堆焊的焊接试样表面堆焊层的耐磨性能比进口硬质合金焊条更好； （7）在保证金刚石和硬质合金无烧损的前提下，用氧-乙炔焰实现了金刚石和硬质合金的复合堆焊，为钢齿牙轮钻头齿面强化工艺探索了一条新的有效途径。 本文将理论分析与试验研究相结合，通过对金刚石表面金属化工艺、焊条制作工艺以及焊条配方的研究，解决了金刚石与硬质合金复合焊接的技术难点，发挥了金刚石和硬质合金各自的优点，为国内钢齿钻头强化材料的研究提供了新的思路，该研究成果可以应用于其它表面强化工程应用领域，具有重要的理论意义及推广应用价值。