采用原位技术制备的陶瓷颗粒增强金属基复合材料具有高硬度、高韧性、热稳定好、增强相分布均匀且结合界面干净无污染等特点,在工业领域应该用广泛。因此本文采用铸造与热处理相结合的工艺,原位制备了一种具有梯度结构的NbCp/灰铸铁表面复合材料。　　借助XRD、SEM、EDS等检测技术,研究了表面复合材料的显微结构及物相组成,并结合热力学计算及扩散动力学讨论了原位反应的反应机理及复合区的形成过程;采用两体磨料磨损机及显微硬度仪研究了表面复合材料的耐磨特性及显微硬度,并结合磨损形貌讨论表面复合材料的磨损机理;最后,针对性能优异的NbC致密层,采用纳米压痕仪及涂层附着力自动划痕仪深入研究了致密层组织特征、硬度变化及耐磨性能。　　研究结果表明:　　(1)以铌薄板和灰铸铁为原料,采用1430oC下浇铸复合,1172oC保温反应的工艺可制得NbCp/灰铸铁表面复合材料,观察可知材料亚表层复合区与灰铸铁基体结合良好,材料组分梯度变化,体现了原位技术的优势。　　(2)NbC在复合区中梯度分布,体现在随表面深度的增加,NbC颗粒体积分数逐步降低;颗粒聚集状态由高度聚集、局部团聚到最后完全分散;颗粒尺寸逐步增加,由亚微米级(0.1-0.3μm)升高到微米级(0.5-2.4μm);颗粒形态由椭球形逐步变为立方体型。冷却方式不同对复合区基体组织硬度影响较大,增强相颗粒体积分数相近分布趋势相同时,水冷试样复合区显微硬度最高、空冷试样次之、炉冷试样最低。　　(3)NbC的原位反应机理为:连续NbC致密层形成前,扩散的Nb原子与石墨中的C原子发生反应;连续NbC致密层形成后,C原子通过间隙扩散与反应界面处的Nb原子发生反应。由此,复合区的形成过程可分为:初始反应区形成、初始反应区相互融合、复合区双向生长、复合区单向生长四个过程。　　(4)随表面距离的增加,表面复合材料显微硬度、耐磨性梯度变化。NbC致密层显微硬度最高为1530HV0.05,耐磨性能约为HT300的20倍,磨损机理为显微切削与显微犁削,与传统陶瓷相比,NbC致密层具有优良的塑性及韧性,有效降低表面致密层脆性剥落的倾向;NbC颗粒分散区的显微硬度及耐磨性能梯度降低,但总体上讲,耐磨性能较HT300均有所提高,磨损机理为外界磨粒作用下的切削与犁削,当基体组织较软时,存在增强颗粒的剥落等现象。