在各類廣泛應用的表面工程技術中，激光熔覆、等離子轉移弧熔覆、火焰噴涂以及等離子噴涂均可以制備較厚的涂層。由于火焰噴涂及等離子噴涂會產生巨大的噪聲，以及大量的灰塵及紫外線，因此會嚴重污染環境；同時，在噴涂過程中，合金粉末經過高溫區域時，其中的部分合金元素會被氧化，甚至燒蝕掉。另外，火焰噴涂及等離子噴涂技術制備的涂層與基底之間是機械結合，因此，涂層不能承受較大的載荷及沖擊。由于激光的能量轉換率很低(大約只有10％-25％之間)，而且由于設備費用很高，因此其應用受到了限制；同時，其應用還依賴于塊體材料的反射率，因此，激光熔覆工藝的大規模工業應用目前仍受到很大限制。等離子轉移弧熔覆技術焰流具有極高溫度(高達20,000-30,000℃)，優異的電弧穩定性，工件熱變形率低，以及涂敷速度快等優點。等離子熔覆技術是上述各種表面改性工藝中的較理想的一種。近幾年在該領域研究取得了很多進展。

Cr7C3以高的硬度，優異的耐磨性，以及耐腐蝕抗氧化性能著稱，因此，常用作復合涂層中的強化相。鐵基底中的固溶體γ-Fe具有良好的延展性以及很高的強度，同時可與硬質相Cr7C3兼容。因此，包含碳化物(Cr,Fe)7C3 強化相，并且以韌性相γ-Fe-(Cr,Fe)7C3共晶相為織構的復合涂層，在干滑動磨損的條件下，具有優異的耐磨性能

               DML-V03BD型等離子轉移弧熔覆裝置

等離子體熔覆(Cr,Fe)7C3復合涂層的制備及其性能

            等離子熔覆復合涂層的XRD衍射圖譜

經使用(wt.%) Fe-38Cr-4.5C-5Ni的粉末等離子熔覆后，
在45鋼表面得到了主要包含 (Cr,Fe)7C3和γ-Fe固溶體相的復合涂層

       等離子熔覆(Cr, Fe)7C3增強復合涂層的典型微觀結構  

涂層的顯微組織結構為大量不規則塊狀增強相和少量樹枝狀晶組成，
涂層中主要組成相為(Cr, Fe)7C3，而樹枝狀細晶可標定為(Cr, Fe)7C3和鐵基固溶體奧氏體γ相

        (Cr,Fe)7C3增強復合涂層的共晶組織SEM形貌

 由于碳化物(Cr,Fe)7C3具有很高的熔點，同時在凝固過程中，(Cr,Fe)7C3具有最負的自由形成能，因此在凝固過程中，(Cr,Fe)7C3相首先從熔液中析出。隨著凝固過程的進行，殘余的熔融中Cr及C元素含量極其微弱，此時發生共晶轉變。形成了如上圖所示的細晶(Cr,Fe)7C3共晶組織。由于鐵基固溶體γ中Ni元素達到飽和狀態，可以假設，由于細晶的增強作用，以及固溶強化作用，(Cr,Fe)7C3/γ-Fe共晶組織的強度和韌性可以得到很大程度的提高。

樣品磨痕表面SEM形貌：(a) 45鋼；(b) (Cr,Fe)7C3碳化物增強復合涂層

等離子熔覆(Cr,Fe)7C3增強復合涂層的相對耐磨性比對比試樣45鋼高35倍。

 等離子體熔覆對盾構刀具的處理 

利用等離子熔敷技術，使用質量分數(wt.%) Fe–38Cr–4.5C–5Ni的粉末在盾構刀具后刀面上制備了(Cr,Fe)7C3復合涂層。經過利用等離子熔覆技術進行處理后的盾構刀具外觀如下圖所示。將處理后的刀具應用到北京地鐵十號線第九標段的施工現場。在此施工標段，由于土質較好，盾構刀具的磨損都比較輕微，盾構機的推進效率也比較高，達到1.5環/日。盾構機在此標段推進3.8km（往復兩個標段，即相當于四個標段）到達接收井后，我們在現場檢驗了刀具的磨損狀況，將經鍍膜處理前后的刀具進行了對比。

     采用等離子熔覆技術對后刀面進行處理后的盾構刀具

        經熔覆處理的刀具在推進3.8km后的外觀

           熔覆處理前后的刀具推進3.8km后的對比

未經處理的盾構刀具，在推進3.8km后，后刀面的高度下降很多，硬質合金刀片已經有很大程度的暴露；而經等離子熔覆技術制備了(Cr,Fe)7C3復合涂層的盾構刀具，其涂層仍然存在，只有極輕微的磨損跡象，后刀面刀體部分沒有發生絲毫的磨損。

等離子熔覆技術制備的硬質復合涂層，能夠適應盾構刀具苛刻的服役條件，能夠有效的提高刀具的使用壽命，大大降低地鐵施工過程中刀具的成本，以及更換刀具所引起的危險及工時的浪費，顯著提高地鐵施工的效率，以降低整個地鐵施工的成本，具有很好的推廣應用的價值。