常规堆焊材料包括:药皮焊条、实心焊丝、药芯焊丝和粉末等,其中实心焊丝可过渡合金组元量极为有限,仅能熔敷低合金层;药皮焊条和药芯焊丝虽过渡的合金元素较多,成分调整方便,但研发周期长,生产工艺过于复杂;激光等增材制造工艺所用粉末常以同轴气流方式送粉,要求其形态呈球状,原粉制备工艺繁琐,价贵。以上均无法满足焊接材料经济、快速供货等发展要求。鉴于上述形势,本课题组在大量试验探索的基础上,提出了一种新类型焊接材料—“复合粉粒”,构建了其制备工艺,这包括:称量粉末干混、掺粘结剂湿混、粉体旋转造粒、粉粒烧结和粉粒筛分等工序。堆焊时,将复合粉粒预置于焊道表面,并以H08A实心焊丝作为电弧载体,使复合粉粒熔体和实心焊丝熔滴相互融合,形成一体化熔池,冷却凝固为耐磨合金。本文研究内容包括以下方面:（1）复合粉粒的制备工艺对堆焊合金性能的影响;（2）复合粉粒的合金组分对堆焊合金性能的影响;（3）工艺参数对粉粒堆焊高铬合金的性能的影响。采用光学显微镜、X-射线衍射仪、扫描电镜、能谱仪、宏观和显微硬度计等设备,研究复合粉粒和实心焊丝自保护明弧堆焊对高铬合金的性能。首先,考察复合粉粒的填粉率对其明弧堆焊高铬耐磨合金性能的影响,结果表明,随填粉率的增加,堆焊层受母材的成分稀释作用减小,熔敷层的合金组分量提升;堆焊合金的硬质相包括M₇C₃和（Ti,V）C,且合金主耐磨相M₇C₃的形貌由网状结构转变为块状或者片状、板条状,其中M为Fe、Cr、V等元素。粘结剂水玻璃的波美度显著影响复合粉粒的颗粒度,随水玻璃波美度的增加,堆焊合金先由亚共晶转变为共晶,之后为过共晶结构;合金所含M₇C₃碳化物的体积分数随之逐渐增大,其主要的磨损机制由显微切削转变为显微剥落形式。提升水玻璃的波美度,可以明显降低母材对合金层的稀释作用,增加合金的碳化物数量而改善堆焊层的耐磨性。其次,考察了复合粉粒所含V、Si、C、B等合金组分对其高铬合金的组织及耐磨性的影响。结果显示,随着钒铁含量的提升,堆焊合金的组织细化,碳化物体积分数上升,合金韧性改善。粉粒所含Si组分提升,堆焊合金的M₇C₃相碳化物尺度先减小后增大,并使之弥散分布。堆焊合金碳含量的提升,导致合金内M₇C₃相尺寸增大;脆性相Fe₃C增多,合金耐磨性降低。在粉粒堆焊高铬合金中,B固溶于M₇C₃而形成M₇（C,B）₃等复合碳硼化物,提高了合金硬质相数量而改善耐磨性,但硬质相尺寸过大时,耐磨性反而下降。最后,考察了焊接速度、电流等工艺参数对复合粉粒堆焊合金的性能影响。结果表明,焊接速度提高可明显降低母材的成分稀释作用,合金的M₇C₃碳化物业由网状转变为块状分布。当焊接速度30cm/min时,因初生M₇C₃型碳化物的析出数量多,堆焊合金的硬度和耐磨性均明显改善。电流增加,电弧吹力对基体作用增强,母材成分稀释效应增大,合金基体由α-Fe转变为胞状γ-Fe,沿胞状γ-Fe晶分布的网状或者树枝状M₇C₃相,无法有效阻碍磨粒的显微切削运动,合金主要磨损机制为磨粒的显微切削。以上结果均表明,作为一种新类型焊接材料,与药皮焊条和药芯焊丝相比,复合粉粒不仅具有合金组分调整方便、制备工艺简捷且经济性好等优点,而且易于实现自动化和连续化堆焊作业,发展和应用前景看好,尤其对于国内数量众多的中小企业的堆焊材料具有更为积极的意义。此外,复合粉粒也可用作激光等增材制造材料,适应生产制造快速、经济等发展要求,具有明显优势和研究价值。