在电力、电子、化工、冶金等生产领域，许多重要零部件采用紫铜材质制造，人们希望可以在不降低其导热、导电性能的前提下，提高其表面高温抗氧化、耐磨性。在前人研究渗铝工艺的基础上，对紫铜表面进行Fe-Al共渗，使其表面形成高强度的合金层，成为这些领域修复、强化零部件，延长使用寿命的新途径。本文利用固体粉末法在紫铜表面制备出Fe-Al共渗层，并对共渗层的微观组织、共渗元素的扩散机理、工艺、共渗层的高温抗氧化性能和耐磨性能等进行了系统分析，研究了影响共渗层组织及性能的因素及规律。 渗剂组分是固体法制备Fe-Al共渗层的关键。试验表明，Al粉+NH4Cl+Al2O3粉组分在加热过程中，当渗层中铝的质量分数大于9.4％时，析出γ2相，根据其渗入质量分数多少，渗层组织为共析体和过共析体，γ2相脆性较大，大大降低了渗层与基体的结合强度。与此相比，加入了铁粉的渗剂(Fe粉+Al粉+NH4Cl+Al2O3粉)共渗过程中，Fe能形成异质核心，强化亚共析体，阻滞共析转变β→α+γ2，扩大α(Cu)相区，减少β相及其转变产物α+γ2共析体，消除“缓冷脆性”，制备的渗层组织为亚共析体，明显提高了渗层的力学性能和耐磨性。 渗金属元素是通过对活性剂加热分解、与金属元素产生物理化学反应，并使金属元素达到足够多的渗入元素的活性原子，扩散聚集吸附到工件表层并渗入到内部。主要过程是活性[Al]、[Fe]原子在紫铜基体中的扩散，属于反应扩散，扩散的宏观规律符合Fick第一定律，扩散机制为置换溶质原子-空位复合体扩散。首先，NH4Cl与Al粉、Fe粉进行化学反应，产生大量的活性原子[Al]、[Fe]；其次，紫铜表面特别是表面结构缺陷，如各种空位、位错处有较高的自由能，将大量的活性原子[Al]、[Fe]吸附在表面；最后，表面与基体内部建立起浓度差，空位与置换原子交换，从而，铁、铝原子不断渗入紫铜内部。 渗剂组分、加热温度、保温时间和冷却方式等工艺参数影响着共渗层的厚度和组织结构。通过正交试验，确定理想的工艺参数为：渗剂成分30％铝粉+6％铁粉+2％NH4Cl+62％Al2O3粉，加热温度800℃，保温时间6h，冷却方式为炉外空冷。试样表面致内部组织依次为α+(α+γ2)亚共析体、α固溶体、Cu金属。 通过对母材、共渗层的高温氧化和磨损对比试验表明，在相同条件下，Fe-Al共渗层的氧化增量是紫铜的1/3～1/4，耐磨性是母材紫铜的2.05～2.16倍，具有优异的抗高温氧化和磨损性能。渗层的氧化过程中氧化行为及其氧化层的结构发生了变化，Al原子优先氧化形成致密的Al2O3膜，保护了紫铜，降低了氧化膜生长速度，氧化增重与时间满足抛物线规律，抛物线常数k=(Cs Do/CAl)1/2，提高渗层的铝浓度CAl是降低抛物线速度常数k的主要途径；共渗层的磨损主要是显微切削与黏着损失，渗层中固溶铁、铝原子，晶格发生畸变，由于其阻碍和钉扎作用，摩擦过程需要消耗更多的摩擦功，磨损量降低，同时，渗层中α+γ2相为较硬的珠光体型结构，分布在较软的α相上，相当于软基体上分布硬质点，起到减磨的作用。