本文的研究是在成功制备了三元硼化物硬质合金.钢基体覆层材料的基础上,从对硬质合金覆层材料体系的优化入手,突破了传统硬质合金覆层材料单一硬质相的结构,提出了采用真空液相烧结法在钢基体表面制备包括三元硼化物硬质相与碳化物硬质相的多硬质相覆层材料,将三元硼化物与碳化物硬质合金的优异性能赋予钢基体表面,获得了具有高硬度、高耐磨性与高耐腐蚀性能并且界面结合优异的新型硬质覆层材料,并将其初步应用于机械零件改性,获得了较好的效果. 采用材料热力学与扩散动力学的研究方法对新的硬质合金覆层材料体系进行了优化设计,并在钢基体表面制备了W、C、F、CW、TC、WTC六大类别的硬质合金覆层材料.确定了硬质合金覆层材料的基本化学组成,Cr、Ni等合金组分添加量以及粘结剂PVB的添加量.制定了制备硬质合金覆层材料的工艺流程,主要包括成形料浆的制备工艺、钢基体的处理、覆层坯体的成形工艺与覆层材料的烧结工艺等四部分.重点研究了硬质合金覆层材料的真空液相烧结工艺,分析了烧结气氛、升温速度、最高烧结温度与最高烧结温度下的保温时间等各工艺参数对硬质合金覆层材料液相烧结过程的影响,确定了硬质合金覆层材料的烧结温度制度.成形后的试样干燥后置于真空烧结炉中进行烧结,烧结时真空度为1.0×10<'-1>～1.0×10<'-3>pa.烧结工艺制度为:从室温以10℃/min升温至400℃保温30min;从400℃以10℃/min升温至1050℃保温30min;从1050℃以5℃/min升温至烧成最高温度保温30min;然后随炉冷至室温. 研究了硬质合金覆层材料的硬度、韧性、弯曲强度等力学性能以及耐磨损耐腐蚀性能.制备的硬质合金覆层材料具有与YG8硬质合金相当的高硬度,并且与单相三元硼化物硬质合金覆层材料相比,覆层硬度有了较大的提高,并同时具有较好的韧性,重点研究了碳化物掺加量、烧结温度对覆层材料硬度的影响.采用三点弯曲法测定覆层.钢基体的弯曲强度,研究了覆层材料的等效弯曲强度理论和弯曲断裂特征.覆层材料受弯曲应力作用时,若覆层处于压应力状态,则覆层会显著提高覆层材料的抗弯强度;若覆层处于张应力状态,则覆层会降低覆层材料的抗弯强度;两种受力状态下,覆层材料的断裂都是从覆层开始;覆层材料的弯曲断裂表现出硬质合金覆层的脆性断裂和钢基体的屈服断裂的复合断裂特征.研究了碳化物添加量对覆层材料的弯曲强度的影响.采用干摩擦磨损与冲蚀磨损两种方式研究了硬质合金覆层材料的摩擦磨损特性,结果表明,与单硬质相覆层材料相比较,所研制的六类硬质合金覆层材料的耐磨性均有不同程度地提高.研究了覆层材料的耐腐蚀性能,结果表明,硬质合金覆层具有比钢基体优越的耐腐蚀性. 研究了硬质合金覆层材料中的物相组成、硬质相与粘结相的分布状态、碳化物与三元硼化物的界面特征以及覆层与基体的界面结合特征;研究了烧结工艺参数对硬质合金.钢覆层材料显微组织结构的影响.提出了对硬质合金覆层材料扩散界面区域范围的划分,并通过线扫描图像与覆层.钢基体结合界面显微硬度的测试分析了界面过渡区的形成机理. 初步将硬质合金覆层材料应用于易磨易蚀的机械零件表面,成功制备了部分硬质合金覆层零件.