摩擦磨损是机械设备失效的主要原因。世界能源约有一半以上是以不同形式消耗在机械零件与偶件表面之间的摩擦上，其破坏和损失十分惊人。表面涂层技术在改善材料表面性能、加强材料表面防护、拓宽材料应用领域方面发挥着重要作用。原位自生碳化物增强涂层具有众多优点：i)碳化物具有高化学稳定性、高熔点、高硬度；ii)原位自生的碳化物完整性好、内部缺陷少、表面清洁无污染与金属基体润湿性好、结合强度高等，而备受关注。　　颗粒TiC、柱状M7C3、WC分别为钛基合金、高铬铸铁、硬质合金的主要增强相。目前这三种增强体多为独立增强，使用中存在一些增强相与基体硬度不匹配等问题，因此亟需探索增强体间的复合增强效能。因为多元多尺度复合增强可以克服单一增强体使用上的局限性，不同尺度增强体之间可以“取长补短”，对基体增强产生“复合效应”。为此本文设计了五种材料体系Cr3C2/FeCrNiBSi、Fe-Ni-Cr-C、Fe-Ni-Cr-Ti-C、Fe-Ni-W-C、Fe-Ni-W-Ti-C，以等离子束为热源，经原位反应合成出不同种类、不同尺度、不同含量的粒柱状多元碳化物复合增强涂层TiC-M7C3/Fe、TiC-W C/Fe及单一柱状碳化物独立增强涂层M7C3/Fe、WC/Fe。研究了各体系涂层的组织结构、原位自生碳化物形核生长机制、涂层干滑动摩擦磨损性能等。对探索等离子束原位合成粒柱状多元碳化物复合增强涂层有重要的理论意义和实际应用价值。　　以 Cr3C2-FeCrNiBSi材料体系原位合成MyCg/Fe涂层时，发现外加&3C2颗粒表面微纳尺度凹坑可作为柱状碳化物M7C3的非匀质形核基底，促进M7C3在其表面形核，提高M7C3的原位生成量。晶体学与热力学计算结果表明：（013)Cr3C2与(10-10)m7C3之间的错配度为5=8.66％，&3C2表面微纳尺度凹坑形状因子x与 M7C3临界形核能風的关系为 JGc=(16uc3/3JG2y(cos6>，x)。分别以 Fe-Ni-Cr-Ti-C和Fe-Ni-W-Ti-C材料体系原位合成TiC-MyCs/Fe和TiC-WC/Fe涂层时，发现M7C3及WC柱体内外部均生长有大量八面体TiC。热力学与晶体学计算结果表明：TC-M7C3复合生长时，T iC为初生相M7C3为次生相；而 TiC-WC复合生长时，WC为初生相TiC为次生相；（110)tic与(001)m7C3的错配度为5=9.45%，(10-10)wc与(001)tic的错配度为5=6.54%，均属于6%<5<12%区间，表明 TiC颗粒可作为M7C3柱体的非匀质形核基底，WC可作为TiC的非匀质形核基底。　　发现粒柱状多元碳化物复合增强涂层中，TiC生长为八面体，M7C3生长为六棱柱体，WC生长为正三棱柱体。经热力学与动力学计算，TiC临界晶核（生长基元）为{111}晶面族组成的八面体；M7C3临界晶核为{011}{002}{101}晶面族组成的六棱柱；WC临界晶核为{001}{1-10}晶面族组成的片状正三棱柱体。柱状 M7C3的生长机制为：生长基元经堆积形成外壁，被包裹熔液形成后续基元在{011}{002}晶面由外至内堆砌内壁，当无法形成M7C3基元时，内壁停止生长。柱状W C的生长机制为：生长基元首先在{001}晶面堆砌形成台阶，后续基元依附台阶沿{001}晶面由内向外侧向堆砌，同时W C生长基元沿垂直{001}晶面方向不断堆砌新层。颗粒状TiC的生长机制为：生长基元首先在{111}晶面经二维形核形成生长台阶，后续基元依附台阶在{111}面侧向堆砌的同时沿垂直{111}晶面方向堆砌新层。　　在M2000型环-块摩擦试验机上考察了粒柱多元碳化物复合增强铁基涂层TiC-M7C3/Fe、TiC-WC/Fe与单一柱状碳化物增强铁基涂层M?C3/Fe、W C/Fe的干滑动摩擦学性能。发现 i)摩擦起始阶段摩擦因数波动幅度受涂层初始表面微观状态的影响；ii)涂层表面凸出的WC，一方面提高了涂层的耐磨性，另一方面增加了对配副材料表面的犁削，使其磨损量增加，同时造成摩擦因数波动增加；iii)涂层表面磨粒脱落时带走部分热量，使摩擦温升降低；iv)涂层表面层状氧化磨粒可阻隔涂层与配副材料的接触，降低磨损率及摩擦因数；v)外加载荷增加时，摩擦温升增加，氧化磨损严重；vi)粒柱状TiC-W C及 TiC-M7C3复合增强时，涂层基体的耐磨性提高，硬质相凸出减少，可降低对配副材料的犁削，使其磨损量降低；vii) M7C3/Fe、WC/Fe、TiC-MyCs/Fe、TiC-WC/Fe涂层中M7C3和WC表面均出现裂纹，裂纹走向与滑动方向垂直，并贯穿整个柱体表面，当扩展至基体时停止，靠近基体边缘处裂纹率较高，当裂纹在柱体表面相交时，出现脆性剥离坑；viii)粒柱多元碳化物复合增强时，M7C3与WC表面裂纹率均高于其单一增强时。　　相同条件下综合对比涂层的摩擦学性能后发现：i)碳化物粒柱复合增强涂层的磨损量均低于相同含量甚至更高含量的碳化物单一柱体增强涂层；ii)碳化物单一柱体增强涂层配副材料磨损量随着涂层中碳化物含量的增加而增加；iii)碳化物粒柱复合增强涂层配副材料的磨损量比碳化物单一柱体增强时少；iv)从降低配副双方磨损量考察，碳化物粒柱复合增强好于单一柱体增强；v)从经济角度考察，碳化物粒柱复合增强与单一增强相比，涂层耐磨性提高材料成本降低。