低碳钢作为一种重要的功能结构材料，广泛应用于化工、冶金、电子信息等领域。但其表面质软且具有较高的活性，导致低碳钢已很难满足某些特定的要求，因而迫切需要改善其表面性能，这也是目前材料科学中一个非常重要的研究方向。近年来迅速发展的表面处理技术，正日益得到广泛关注。因此，本文就低碳钢表面制备合金层及复合沉积层开展了一系列的工作，并进行了与之相关的电化学等研究，以改善和提高低碳钢表面的性能，尤其是耐腐蚀性、硬度和耐磨性。研究中，所制备的含硼层类型及相应的制备方法主要分为两类：第一类是在总结前人研究固相热扩渗方法的基础上，提出了一种基于超细粉体涂覆技术新的热扩渗方法，将负载于低碳钢表面的超细粉体，在氢气氛围中进行保温热处理，使其表面制备一层Fe-B合金层；第二类是鉴于复合沉积层具备独特的化学、物理机械性能，利用复合电沉积的方法在低碳钢表面制备了Fe-FeB、Fe-Ni/FeB及Ni-nano-B4C复合沉积层，并利用循环伏安技术（C-V）、恒电位阶跃技术（i-t）、电化学阻抗技术（EIS）分析了单一体系与复合体系的电结晶形核/长大过程。利用EIS、Tafel对制备的含硼层样品进行了耐腐蚀性能研究，同时利用电化学手段在硼酸缓冲液中，对低碳钢表面制备的含硼层表面的钝化行为进行了研究。在低碳钢表面制备的含硼层样品中，Fe-B合金层样品主要从保温温度与渗剂成分比例方面对制备的Fe-B合金层样品的表面形貌、粗糙度、耐腐蚀性能、硬度以及耐磨性等做了研究。研究结果表明，样品的腐蚀电流密度均小于基体低碳钢。保温温度对样品的腐蚀电流密度的影响趋势与对样品的腐蚀电位影响趋势一致，即随着保温温度的升高，样品的腐蚀电流密度逐渐降低。900℃时，粉体中Fe/B摩尔比为2/1时，样品腐蚀电流密度最低，此条件下制备的样品耐蚀性最好，对基体的保护能力最强，样品的微观硬度最大，耐磨性也最好。在对低碳钢表面制备Fe-FeB、Fe-Ni/FeB和Ni-nano-B4C复合沉积层的研究中，本文从复合电沉积的影响因素入手，研究了溶液中微粒的浓度、阴极电流密度、溶液pH值、施镀温度及溶液的搅拌速率对复合沉积层中粉体微粒含量的影响，并对制备的三种含硼复合沉积层相关性能进行了研究。其中Ni-nano-B4C复合沉积层样品耐蚀性能最好，Fe-Ni/FeB复合沉积层次之，而Fe-FeB复合沉积层相对较差，其耐蚀性能与基体相当。众所周知，大多数复合沉积层的一个缺点就是孔隙和内应力，适当的温度进行热处理后，将在一定程度上改善复合沉积层的孔隙和内应力缺陷。因此经热处理后，本文所制备的三种复合沉积层样品耐蚀性能有所改善。在对表面微观硬度和耐磨性的研究中发现，文中所制备的三种复合沉积层样品的硬度都明显高于基体低碳钢的表面硬度，也均表现出了较好的耐磨性。在硼酸缓冲液中，热扩渗制备的Fe-B合金层与电沉积法制备的含硼复合沉积层样品表面均拥有比基体低碳钢更好的钝化性能。低碳钢样品表面形成的钝化膜为n型半导体，Fe-B合金层样品、Fe-Ni/FeB复合沉积层样品表面形成的钝化膜也为n型半导体，膜中多数载流子密度为电子。而Ni-nano-B4C复合沉积层样品表面形成的钝化膜则表现为p型半导体的导电特征，膜内多数载流子为空穴。其制备的样品表面钝化膜中的载流子密度也都显著低于低碳钢表面形成的钝化膜中的多数载流子密度。利用经典的PDM模型计算了Fe-B合金层样品和Ni-nano-B4C复合沉积层样品表面钝化膜的点缺陷扩散系数。Fe-B合金层样品的扩散系数在10-17~10-14cm2/s的数量级，Ni-nano-B4C复合沉积层样品扩散系数在10-14cm2/s。通过对扩散系数和膜中载流子密度的定量分析后认为，Fe-B合金层样品和Ni-nano-B4C复合沉积层样品表面钝化膜的导电性都主要受膜中载流子密度的影响。