采用钨极氩气保护电弧(氩弧)熔覆工艺分别在Q235钢和20号钢基体上制备了F102Fe及204Co系合金涂层。F102Fe合金成分为：16Cr+15Fe+0.6C+4.5S+4B+余Ni；204Co系合金包括：204Co(21Cr+15W+3B+余Co)及204CoRE(21Cr+15W+3B+0.4RE+余Co)，质量分数。对F102Fe合金层测试了硬度、脆性、耐蚀性以及耐磨性。系统研究了电极结构、熔覆方式对涂层冶金质量的影响；工艺、组织与性能的关系；组成相、微观组织特征及组织的形成机理。对204Co系合金测试了硬度、耐磨性及耐蚀性，同时与激光熔覆、火焰喷焊工艺作了比较。重点研究了涂层的冶金过程；组织的形成机理；稀土的微合金化作用。研究中应用了DTA、XRD、SEM、TEM、EPMA等各种现代分析技术。 试验表明，用矩形结构的钨铈电极，采用适当的氩弧熔覆工艺可以在普通钢基体上获得与激光熔覆相近的合金涂层。其熔宽比熔深对线能量的改变更为敏感，在一定条件下增加线能量有利于获得扁平涂层。另外，熔覆方式明显影响涂层质量。连续熔覆时，后熔覆层硬度低；搭接熔覆时，搭接处凹陷；合理的摆动熔覆可以获得宽平、组织均匀细小的涂层。适当降低线能量有利于再熔覆层组织细化。 再熔覆层亚共晶的凝固机制均以外延方式为主。搭接熔覆时，外延部分为先熔覆层中的二次枝晶；重叠熔覆时则是先熔覆层中的一次枝晶。搭接区气孔的定向扩展往往是导致涂层开裂的主要原因。 对F102Fe合金涂层研究表明，该合金层由γ-Ni、CrB、Ni3B、Cr7C3、α-Fe、Fe3C、Fe2B和Ni3Si组成。其中，γ-Ni为基体相，CrB和Cr7C3为主要化合物。其共晶组织十分复杂，CrB和Cr7C3呈条状，CrB与Ni3Si、CrB与Ni3B间具有一定位向关系，同时γ-Ni与CrB和Ni3B组成共晶网。亚共晶组织相对简单，条状的CrB及橄榄状状的Fe3C均分布在枝晶间。此外，在γ-Ni及α-Fe中还存在孪晶。增大电流，合金组织由共晶向亚共晶方向发展，并且粗化，随之涂层的硬度、耐磨性及耐蚀性均有所下降，在研究条件下，硬度变化区间为720～485HV。均匀、细小、适中比例枝晶组织的涂层具有良好的综合性能。 F102Fe合金层组织形成机理：加热条件决定了合金的组织特征。在研究条件下，采用小电流加热时，已经长大但尚未熔尽的残留化合物在冷却过程中原位生长，并在此基础上形成共晶，组织形态主要受原始化合物形态的制约。适当增加电流，化合物相基本熔解，冷却时，枝晶与共晶相共生，组织形态依然受原始化合物的影响。进一步增加电流，形成以枝晶相生长为主的细亚共晶，部分第二相在枝晶表面成膜、生长，并发生颈缩。采用大电流加热时，化合物相熔解充分，形成近平衡转变的粗亚共晶。相对而言，传统的结晶学理论比较适合后一种场合。 对氩弧熔覆204Co合金涂层的研究认为，该涂层的冶金过程是在热源作用下，粉末中的硼及氧化硼与基体表面氧化物发生冶金反应生成低密度、高熔点硼酸盐使基体表面活化，生成的夹杂物球化，聚集，上浮，促进气体析出，并捕获其它夹杂物。当涂厚H=0.45mm、扫描速度v=150mm/min、工作电流I≥50A时可以获得洁净的涂层。 当H=0.5mm、v=120mm/min、I=60A时，在20号钢基体上可以获得与激光熔覆相近的合金涂层。其中，204Co合金层的组织分布由基体至表面依次为：平面晶—胞状晶—胞状枝晶—树枝晶，为亚共晶，其硬度为918HV；而204CoRE合金层组织分布为：平面晶—胞状晶—胞状枝晶—树枝晶—胞状共晶，具有梯度组织特征，其硬度可达1176HV，与前者相比提高28.1％，耐磨性提高133％，同时耐蚀性也明显改善，但脆性有所增大。基体材料的稀释、RE对α-Co生长的强烈阻碍以及电弧加热定向凝固是导致204CoRE合金形成梯度组织的主要原因。 对组成相及微观组织研究表明：两种合金均包括ε-Co、Co3B、CrB、M23(C，B)6、WC、Co3W及(Co，Cr)7W6，其扩散层为马氏体，在204Co合金层中，Co3B、M23C6相呈网络状及块状与ε-Co组成共晶介于枝晶间，在204CoRE合金层中，其中间层为条纹相间的复合共晶体，表层则由共格的Co3W和WC组成。 钢基表层的结晶机制与工作电流有关。在熔透情况下，较小的电流使熔池中界面前沿的熔点梯度和温度梯度增大，过冷区较窄，钢基表层以“平面外延”方式生长；反之，则形成胞状结构。 氩弧熔覆层与激光熔覆层相比，一次枝晶短，无开裂，虽硬度略有下降，但塑性好，对环境不敏感；与热喷焊层相比，两者硬度相当，但氩弧熔覆层组织致密、细小，无显微裂纹，耐蚀性强。氩弧熔覆工艺灵活，可以重复修复，有待进一步研究和发展。