低碳钢材料具有优秀的韧性与塑性,但其表面硬度与耐磨性能较差,使用激光表面熔覆技术制备高性能涂层是一种强化低碳钢材料的可行手段。为使表面激光熔覆层具有良好的界面结合性能和表面使用性能,在设计熔覆合金时常在金属粉末内加入陶瓷增强相,在激光的作用下,增强相得以实现均匀弥散分布,从而制备出具有特殊使用性能的复合涂层。而单一陶瓷材料的添加往往只能提升涂层的某一方面性能,具有很大的局限性。本文以铁基粉末为基础,添加多元陶瓷相制备复合涂层材料,依托激光熔覆技术,在20#钢基材表面制备出高硬、高耐磨涂层,并对涂层的强化机理进行研究。具体研究内容如下:首先根据熔覆材料设计原则,结合基体材料与涂层表面性能要求,对熔覆涂层材料进行了设计。选用以TZ625型合金粉末为基础,合理添加TiC、WC和SiC三种陶瓷物质以及Ni等辅助性元素,配置出A、B、C三种不同比例的铁基多元陶瓷相粉末材料。为制备出具有良好硬度与耐磨性的高质量涂层,设计了完备的正交实验方案,对激光熔覆工艺参数和熔覆材料进行了优化。通过对多种加工工艺和材料组合进行的正交实验,结合涂层的硬度、耐磨性等性能检测对比分析结果,研究了工艺参数对涂层性能的影响,并给出了较优的激光熔覆工艺和材料组合。将采用不同工艺参数进行激光熔覆的试件制备成金相试样,对熔覆层微观组织与涂层细晶强化机制进行了研究。通过光学显微与扫描电子显微实验对各熔覆涂层的微观组织进行了观察,分别从工艺参数与涂层材料种类的角度分析了各因素对涂层表面细晶强化程度的影响。根据热力学定律与吉布斯自由能理论,对本文所涉及工艺参数下熔覆层表面温度场进行了分析,对各陶瓷相在该温度场中的分解反应自由能变进行了计算,探究了熔覆层陶瓷相的溶解机制。通过涂层表面的XRD衍射试验对涂层中各物质的分解与再组合形式进行了分析,并通过EDS能谱分析试验分析了部分涂层中所含的特殊三角区域中的元素组成,实验研究结果与热力学分析结果基本吻合。