低碳钢作为一种重要的功能结构材料，广泛应用于化工、冶金、电子信息等领域。但其表面质软且具有较高的活性，导致低碳钢已很难满足某些特定的要求，因而迫切需要改善其表面性能。Fe-Si作为软磁合金一直受到人们的重视，当含Si量约6.5%时，磁感应强度最高，铁损最低，具有良好的磁性能。由于6.5%Si硅钢塑性和加工性能差，传统生产工艺很难生产。传统工艺生产的硅钢的含硅量一般为0.1%～4.0%，使硅钢的性能受到了限制。因此本文的研究目的是通过在低碳钢表面制备Fe-Si层来改善低碳钢的性能。为此，本研究开展了在低碳钢表面制备Fe-Si合金层以及Fe-Si复合沉积层的工作，并进行了与之相关的电化学研究。研究中，采用两种不同的制备方法分别制备了两种类型的合金层：首先，在回顾现有固相热扩渗方法的工艺及存在的弊端之后，本研究提出了一种新的固相热扩渗方法用于低碳钢表面合金层制备：将含有合金元素的超细氧化物粉体均匀涂覆于低碳钢表面，而后在H2环境中进行适当温度的保温热处理，最终制备出Fe-Si合金层。其次，鉴于复合沉积层具备独特的化学、物理机械性能，利用复合电沉积的方法在低碳钢表面制备了Fe-Si复合沉积层，并利用循环伏安技术(C-V)、恒电位阶跃技术(i-t)、电化学阻抗技术(EIS)分析了单一体系与复合体系的电结晶形核/长大过程。实验采用不同的保温温度与渗剂成分比例，在低碳钢表面制备Fe-Si合金层样品后，对制备的Fe-Si合金层样品的表面形貌、粗糙度、耐腐蚀性能、硬度以及耐磨性等做了研究。研究结果表明，样品的腐蚀电流密度均小于基体低碳钢。保温温度对样品的腐蚀电流密度的影响趋势与对样品的腐蚀电位影响趋势一致，即在保温温度在700℃~1000℃时，样品腐蚀电流密度随着温度的升高逐渐降低。对于不同的渗剂成分比例来说，在保温温度为1000℃，粉体中Si摩尔分数为14.3%时，样品腐蚀电流密度最低，此条件下制备的样品耐蚀性最好，对基体的保护能力最强；而保温温度为1000℃，粉体中Si摩尔分数为16.7%时，样品的磁性能达到最佳。在低碳钢表面制备的Fe-Si复合沉积层的研究中，本文从复合电沉积的影响因素入手，研究了溶液中微粒的浓度、阴极电流密度对复合沉积层中粉体微粒含量的影响，并对制备的复合沉积层相关性能进行了研究。结果表明Fe-Si复合沉积层相对Fe-Si合金层样品较差，其耐蚀性能稍稍优于基体，但热处理后复合沉积层样品耐蚀性能有所提高。利用循环伏安法和恒电位阶跃技术研究了玻碳电极上Fe-Si复合电沉积过程中的电结晶行为，循环伏安结果表明：在Fe-Si镀液体系中铁的起始沉积电位为-1.00V，相对纯Fe镀液体系中铁的起始沉积电位-1.05V有所正移，可看出纳米硅粉的加入促进了铁的电结晶形核和生长；同时，此电结晶过程基本遵循Scharifker-Hill模型，近于三维半球形成核模式。所测得电结晶初期形核过程的(I/Im)2t/tm无因次曲线接近Scharifker-Hill模型瞬时成核理论曲线，其形核过程属于瞬时形核；在Fe-Si镀液中，纳米硅微粒的引入加速了铁的电结晶过程，但并不改变铁的电结晶机理。在硼酸缓冲溶液(pH=8.4)中，Fe-Si合金层表面拥有着比低碳钢更好的钝化性能。利用M-S曲线分析得出，所有制备的合金层样品表面的钝化膜都表现出n型半导体的特征，载流子密度在1017~1019cm-3范围内。0.3V电位下阳极钝化20min后，保温温度为1000℃时制得的Fe-Si合金层表面钝化膜内的多数载流子(空穴)密度都显著低于低碳钢表面钝化膜内的多数载流子(电子)密度；此时，Fe-Si合金层表面钝化膜的膜电阻也显著高于低碳钢表面钝化膜的膜电阻。利用PDM模型计算出了合金层样品表面钝化膜内点缺陷(金属空位)的扩散系数。除在保温温度为800℃，粉体中Si摩尔分数为33.3%时制备的样品表面膜层内金属空位的扩散系数较大外，其余合金层样品表面钝化膜内金属空位的扩散系数都在10-14～10-13cm2s-1的数量级。通过对扩散系数和膜中载流子密度的定量分析后认为，Fe-Si合金层样品表面钝化膜的导电性主要受膜中载流子密度的影响。采用Visual C#2005计算机高级编程语言开发可视化窗体操作的人工神经网络软件，应用人工神经网络软件，可以建立Fe-Si合金层工艺参数与合金层性能指标之间映射关系的模型。经过学习，可以验证或预测得出的饱和磁感应强度和腐蚀电流密度与实际试验的结果接近。建立合金化多指标综合性能评价模型，对各指标进行综合评价，通过对各指标权重值的调整，确定出合金层的综合性能值，从而预测出最优的工艺参数。为实际生产以及其他材料的工艺设计提供了借鉴和参考。