等离子束表面冶金(DC-Plasma Jet Surface Metallurgy)作为等离子表面冶金及快速凝固理论的交叉学科，具有重要的理论研究意义，是材料表面工程研究的前沿课题。等离子束表面冶金技术由于其独特的性能在矿山、冶金、建筑、军工机械的抗冲击腐蚀磨损领域获得了成功的应用。但是目前该技术的理论研究落后于应用研究，因此对等离子束表面冶金技术的机理进行研究是很必要的。本文对等离子束表面冶金的技术原理、等离子束表面冶金设备的研制以及Fe基粉末的设计进行了详细的论述。同时对等离子束流的电弧行为以及等离子束表面冶金过程中等离子弧能量的获得和转化进行了研究。在理论与工程应用结合的基础上，制备了等离子束表面冶金Fe基涂层。论文对等离子束表面冶金过程中熔池的区域性、熔池中熔体的流动特征、化学冶金过程以及温度场进行了详细研究。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱、X射线衍射等方法研究了表面冶金层的组织、成分及相组成。等离子束表面冶金铁基合金层的亚稳快速凝固组织是合金元素极度过饱和γ相枝晶及枝晶间γ~+复杂合金碳化物共晶组织的复相组织。共晶组织均匀、细小，存在层片状、鱼骨状及枝状、粒状等多种生长形态。受等离子束流快速加热、快速凝固过程控制，同时受熔池内强烈对流的作用，涂层沿层深方向表现出不同的凝固组织形态，从涂层／基材结合界面处的平面晶过渡到胞／枝晶，然后过渡到涂层中部的等轴晶组织。在Fe-Cr-V-Ti-Ni-Nb-Si-B-C系涂层中观察到一种特殊的非晶组织，经分析是Ti基非晶相。这可能是与局部微区的成分变化有关。从冶金因素及电磁作用的角度对等离子束表面冶金层中经常出现的气孔和裂纹等缺陷进行了分析探讨。添加适当的合金元素可降低熔体的粘度，借助表面张力与浮力的作用以及等离子气流力和等离子束流自身产生的感生磁场力可促进熔池充分对流，提高气泡的上浮逸出速度，从而减少气孔的形成几率。等离子束表面冶金层中的开裂行为与冶金工艺参数、冶金材料中各合金粉末的含量以及后续热处理等有关。