本文采用激光熔覆技术在低成本铁基材料表面研制具有高硬度、高耐热、耐腐蚀和特殊电、磁等优异综合性能的高熵合金新材料涂层。研究表明,激光熔覆快速凝固动力学条件有利于提高高熵合金涂层简单固溶体形成能力,避免脆性金属间化合物相的形成,减轻成分偏析,所制备的六种成分涂层均获得了BCC、FCC或BCC+FCC简单固溶体相结构,在成分上拓展了现有高熵合金的设计构想。与通常采用的电弧炉熔炼相似成分块体材料相比,激光熔覆技术不仅延伸了高熵合金新材料在大型零部件表面的应用,节约了贵金属的使用成本,而且具有更高的硬度。通过EBSD、TEM、纳米压痕和第一性原理计算等方法研究了合金元素、激光快速凝固和后续高温退火热处理对涂层相选择、组织转变、硬度、断裂韧性、高温耐热性能、耐腐蚀性能、电学和磁学性能的影响,以及提高涂层熔覆质量的办法。　　 设计了三种典型成分体系的高熵合金涂层。首先,研制了FCC结构FeCoNiCrCu涂层,提出了添加少量Si、Mn、Mo等合金元素提高涂层熔覆质量的方法。不含Si、Mn、Mo合金元素的FeCoNiCrCu涂层组织为典型单相组织特征的细小柱状晶和等轴晶,与以往电弧炉熔炼相似成分合金存在严重成分偏析的树枝晶组织相比,几乎没有成分偏析和二次枝晶的形成,硬度更高(370 HV),但熔覆质量较差。添加少量Si、Mn和Mo合金元素显著提高了涂层的熔覆质量和硬度(450 HV),但一定程度上导致涂层成分偏析的增加,组织转变为树枝晶。　　 其次,研究了不同原子半径的合金元素对简单BCC结构FeCoNiCrAl(X)系涂层组织、结构和性能的影响。并结合四种成分FeCoNiCrAl3、FeCoNiCrAl2Si、FeCoNiCrAlSiCu0.5和FeCoNiCrAlSiCuTiMoB0.5涂层的实验研究和第一性原理计算,指出添加大原子半径Al、Ti元素虽然能通过提高晶体点阵的畸变而提高涂层硬度,但降低了涂层的断裂韧性。而添加小原子半径的合金元素Si、B有利于同时提高涂层硬度和断裂韧性,四种成分涂层中FeCoNiCrAlSiCuTiMoB0.5涂层同时具有最高的硬度(1150HV)、断裂韧性和耐腐蚀性能。最后,研制了具有简单BCC固溶体相结构的富铁6FeCoNiCrAlTiSi涂层,铁的添加含量扩展了单一元素含量介于5％～35%范围的原有高熵合金成分设计理念,涂层不仅具有较高的硬度(780 HV)和良好的耐高温性能,而且在所制备的BCC结构涂层中具有最高的断裂韧性和软磁性能。　　 在涂层材料的组织和性能方面,研究发现:高熵合金涂层具有良好的高温耐热性能,涂层相结构和硬度在750℃以下高温退火后能基本保持稳定,但随着退火温度升高至1000℃,不同成分的涂层普遍发生溶质原子扩散速度加快和成分偏析加剧的现象,并最终导致BCC结构6FeCoNiCrAlTiSi涂层中无序固溶体向B2和D03有序结构转变,涂层硬度出现缓慢下降;纳米压痕加载曲线由于力值波动引起的的锯齿流变现象随着涂层硬度的升高而增大,证明高熵合金涂层高硬度的重要来源是溶质原子与位错之间强烈的交互作用;高熵合金涂层还具有良好软磁材料性能和高的电阻率,但高温退火后电阻率和磁饱和强度下降较多;最后,与传统金属材料高温退火组织粗化不同,EBSD观察发现高熵合金涂层凝固组织中普遍存在大量小角度晶界,500℃左右退火后由于小角度晶界转变为大角度晶界,晶粒组织显著细化的反常现象。并进而分析指出凝固后期的再辉放热引起的再结晶和小角度晶界向大角度晶界的转变是传统金属材料快速凝固导致组织细化的重要原因。