磨损是材料的主要失效形式之一,每年由于磨损而给工程造成巨大的经济损失。利用表面工程的工艺方法,在磨损部件表面熔敷具有特殊性能的金属基复合材料涂层,改善材料表面物理、化学性质以增强构件的抗磨损能力,成为提高产品使用性能,修复部件,延长零件使用寿命的重要途径。本文利用等离子弧作为热源,在外加磁场作用下结合原位自生技术在普通低碳钢基体上制备陶瓷相增强铁基堆焊层,并对堆焊层的微观组织、物相组成、堆焊层磨损性能及外加磁场作用下堆焊层组织和性能进行了系统研究,分析了影响堆焊层组织及性能的因素和规律。预置合金粉末的组分是等离子弧堆焊制备原位自生陶瓷相增强铁基堆焊层的关键因素。利用高碳铬铁+钒铁作为预置粉末,采用等离子堆焊制备了M₇C₃+VC增强铁基堆焊层,所得Fe-Cr-V-C复合堆焊层同基体形成良好的冶金结合。堆焊层中VC呈开花状、球状,M₇C₃呈断续网状、截面为六边形分布于基体之中。当预置粉末中Cr,V原子比例为1:2时,堆焊层微观组织是大量均匀弥散分布的球状VC颗粒结合断续网状分布的M₇C₃复合物分布在具有较好强韧性的板条马氏体基体上,当预置粉末中Cr,V原子比例为2:1时,堆焊层微观组织是大量六边形M₇C₃复合物结合VC颗粒均匀弥散分布在铁素体及奥氏体基体中,以上两种相结构使得堆焊层具有较好的耐磨性。对Fe-Cr-V-C合金体系热力学分析表明,VC和M₇C₃相比较其它化合物具有更低的吉布斯自由能,因此在体系中具有更高的生成倾向,从热力学上证明了制备VC、M₇C₃增强铁基堆焊层的可行性。堆焊层磨粒磨损试验表明:堆焊层内大量增强相（M₇C₃、VC）的存在使得磨料在摩擦过程中对材料的粘着和犁削作用明显减弱,而且增强相在磨损过程中还起到承受载荷以及对堆焊层基体钉扎强化作用,因此使得堆焊层抗磨损性能得到显著提高。Fe-Cr-V-C合金系堆焊层的磨损机制主要是显微切削和硬质相的剥落。利用高碳铬铁+硼铁预置粉末,等离子弧堆焊可以制备原位合成硼化物增强铁基堆焊层,试验表明硼化物M3（C,B）呈蜂窝状或鱼骨状分布,M23（C,B）6呈菊花状或片状分布。当预置粉末中Cr,B原子比例为1:2时,大量硼化物分布在针状马氏体基体上,使得其硬度最高,但同时高硬度的针状马氏体基体组织增大堆焊层的开裂倾向,不利于耐磨性的改进。当预置粉末中Cr,B原子比例为1.8: 1时,堆焊层中所形成的硼化物硬质相数量最多,大量碳硼化物硬质相均匀弥散分布在初生枝晶奥氏体四周,因而堆焊层的耐磨性最佳。堆焊层磨粒磨损试验表明:堆焊层的磨损机制为微裂纹引起的剥落去除机制和一定数量的犁沟造成的显微切削去除机制。利用高碳铬铁+钛铁作为预置粉末,等离子弧堆焊制备原位自生M₇C₃+TiC增强铁基堆焊层,所得Fe-Cr-Ti-C复合堆焊层中M₇C₃截面呈六角形、TiC呈开花状,块状或团聚状分布。当Cr和Ti含量（Cr含量占16.71%,Ti含量占9.67%）均是最高的堆焊层中形成的硬质相M₇C₃和TiC的数量最多,大量M₇C₃复合物及TiC颗粒均匀弥散分布在板条马氏体及铁素体基体上使得其具有最佳的耐磨性,堆焊层磨粒磨损试验表明其堆焊层磨损机制主要为梨沟。原位合成的M₇C₃和TiC增强相均表现出小平面相特征,等离子弧堆焊快速冷却并未带来小平面相从光滑界面向粗糙界面的转变,增强相在生长过程中以二维形核和螺旋位错的生长方式长大。（M₇C₃+TiC）/Fe堆焊层中M₇C₃和TiC可以独立形核长大,但在局部区域发现TiC粒子依附于M₇C₃之上生长的结构,证明TiC为先析出相,而M₇C₃颗粒以TiC为基底异质形核长大。对综合性能优良的Fe-Cr-Ti-C合金体系（堆焊层中Cr含量占16.71%,Ti含量占9.67%）施加纵向交流磁场。由于在施加磁场过程中受洛伦兹力影响,高熔点的TiO2被带入熔池,同时在电磁搅拌作用下,熔池内气体容易溢出,因而堆焊层内气孔减少,成形性得到明显改善。堆焊层显微组织分析结果表明:最佳磁场电流为2A,最佳磁场频率为15Hz。在合适的磁场参数作用下,硬质相数目增多,晶粒得到显著细化,而过大的磁场参数,电磁阻尼将会占主导地位,从而硬质相的数目减少且晶粒粗大。堆焊层磨粒磨损试验表明:最佳磁场参数（磁场电流为2A,磁场频率为15Hz）作用下堆焊层磨损机制以犁沟和显微切削为主,同时存在轻度的粘着磨损。