金属气体雾化技术具有细化晶粒、减少偏析、扩大固溶度等优点,是提高钢铁材料性能的有效途径。目前国内外该领域的研究大多集中于制备细小粒径粉体技术开发与研究,而对雾化制备粉体凝固过程及凝固组织的研究相对较少。本文利用课题组开发的小型真空高压气体雾化设备,以铁基材料为研究对象,研究不同尺寸粉体的凝固行为、组织演化规律和组织形成过程,旨在为通过气雾化工艺制备高性能钢铁材料提供实验和理论依据。本文首先研究了不同喷嘴结构参数的导流管末端气压的分布及其雾化效果,确定了合适的喷嘴结构;并通过对雾化工艺参数的优化,制备出中值直径为100μm左右、球形的高碳铁基合金粉体。本文研究了气雾化Fe-C二元合金粉体组织随粉体尺寸的演化规律。结果表明,气雾化工艺消除了Fe-1.0wt.%C合金常规凝固条件下产生的网状渗碳体,大部分粉体凝固组织以片状珠光体为主,少部分粉体组织为不规则铁素体+珠光体,极少部分粉体中出现针状马氏体。粉体组织明显细化,且珠光体的片间距随粉体尺寸的减小而减小。而对于Fe-4.3wt.%C合金,气雾化工艺条件下粉体中没有出现常规凝固条件下产生的片状石墨。在粒径为180-150μm粉体内,组成相为铁素体和渗碳体。随着粉体粒径的减小,铁素体逐渐减少,而奥氏体开始出现并不断增多。在粒径小于38μm粉体内,组成相以奥氏体和渗碳体为主。在对Fe-C二元系粉体研究的基础上,本文选择具有良好高温强度、耐热性和耐磨性的Fe-Cr-C三元系合金作为研究对象,系统研究了Cr25系亚共晶、共晶和过共晶合金粉体凝固组织。对粉体凝固组织的研究表明,气雾化高铬系合金粉体组织由亚稳态奥氏体和M₇C₃ （M=Fe, Cr）组成,退火后奥氏体消失,转变为铁素体。在大粒径粉体的内部,能够明显看到大量的晶粒。随着粉体粒径的减小,晶粒数逐渐减少并可发现明显的形核质点。而在粒径小于38μm的粉体中很难发现明显的形核点。亚共晶高铬合金粉体内部组织形貌为枝晶状,粉体的二次枝晶臂间距随粉体尺寸减小而减小。在共晶高铬合金粉体中,大粒径粉体组织由细小菊花瓣共晶团和片层共晶组成。但在粒径小于38μm的粉体内,粉体组织为枝状晶和网状共晶组织。在大粒径过共晶高铬合金粉体中可见到细小板条状的初生碳化物,同时在初生碳化物边缘及外部区域出现片层共晶组织或共晶团组织。但在小粒径过共晶粉体中,组织形貌以网状组织为主,没有发现初生碳化物。对Fe-25Cr-3.2C共晶合金过冷液滴内相竞争形核的热力学和动力学研究发现,在本文所研究的过冷度条件下,γ相比（Fe, Cr）7C3相的临界形核功小,同时前者的形核孕育时间也短于后者,因此γ相优先形核析出。对Fe-25Cr-3.2C合金粉体中晶体生长过程研究表明,过冷度大于某一值（约159K）时,γ相的枝晶生长速率大于γ与（Fe, Cr）7C3两相协同共生生长速率。在粒径小于38μm的共晶合金粉体中,其过冷度大于213.5K,所以在此小粒径粉体中出现枝状晶组织。