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为提高钢铁表面性能，本文采用以Fe-Ti、Fe-B、B4C、Ti和Zr粉为原料，设计了Fe-Ti+B4C、Ti+B4C、Ti+Fe-B三种和Zr+B4C、Zr+Fe-B两种粉末体系，分别利用等离子转移弧熔覆方法在Q235钢基体上原位合成TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆层，确定出制备TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆层的最佳粉末体系和熔覆工艺。利用X射线衍射、金相显微镜、扫描电镜、能谱分析对熔覆试样的物相及微观组织进行了分析；通过熔覆层硬度、耐磨损、高温抗氧化等测试对熔覆层进行性能分析。研究结果表明：采用等离子熔覆的方法成功制备出TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆层。Ti+B4C和Zr+B4C粉末体系最适宜作为熔覆层的前驱粉体。稀释率控制在65%左右时，熔覆层成型良好、性能优良。从熔覆层的表层到底部，TiB2、ZrB2的含量逐渐减少，硬度逐渐降低，增强相形貌由粗大的针状向细小的块状过渡。熔覆层中主要缺陷有未熔合、熔覆层表面成型不良、裂纹、增强相偏聚、气孔和夹杂。对Fe-Ti-B4C、Fe-Zr-B4C反应体系进行热力学分析发现，Me(Ti、Zr)与B4C直接反应的驱动力最大，反应产物TiB2、ZrB2的化学稳定性最高。等离子弧熔池中TiB2、ZrB2的形成方式可以有多种，形成方式的不同往往直接影响涂层中TiB2、ZrB2相的形貌特征。熔覆层的结晶是熔池上下先凝固、中间后凝固。TiB2、ZrB2增强相均为小平面相，等离子熔覆的快速冷却过程并未带来增强相生长界面从光滑向粗糙的转变。室温干摩擦磨损试验表明，TiB2/Fe基熔覆层耐磨性为Q235钢的16-25倍，其磨损机制主要为表面微切削、表面剥落，粘着磨损，轻微的磨粒磨损和表面疲劳磨损的共同作用；ZrB2/Fe基熔覆层的耐磨性为Q235钢的8-10倍，其磨损机制为疲劳应力造成的浅层剥落和轻微的磨粒磨损。高温氧化试验表明TiB2/Fe和ZrB2/Fe熔覆层在673K-1073K的恒温环境中的氧化遵从抛物线规律。增强相的添加能抑制O2-的扩散，防止基体金属形成疏松的FeO。所获得的氧化层紧密的附着在熔覆层表面，能有效地将熔覆层同环境隔离，具有很好的保护性。TiB2、ZrB2增强Fe基熔覆层的氧化机制为，熔覆层内的基体金属和增强相发生氧化，生成简单的二元氧化物MeaOb、B2O3和FemOn，随着氧化的进行，简单氧化物之间生成复杂的三元氧化物MexFeyOz和FehBiOj。