为了提高采煤机截齿的机械性能及服役寿命，本文采用等离子束表面冶金技术，在其磨损严重的部位制备出成本低廉、具有优良耐磨、耐蚀性能的铁基合金涂层。并对等离子束表面冶金技术涉及的粉末材料的优选、等离子熔池动力学、等离子束与材料的相互作用、工艺控制及组织性能等进行了详细的理论分析和实验研究。 针对截齿的工况、材质设计了Fe-Cr-C-Ni-B-Si-RE多元铁基材料体系，并对等离子束表面冶金工艺特性进行了深入系统的研究，分析了不同工艺参数对表面冶金涂层组织、性能的影响。在优化工艺参数的条件下，采用同步送粉等离子束表面冶金技术在Q235钢表面制备出质量良好、基本无缺陷、厚度为3mm的铁基合金涂层。 以流体动力学理论为基础，对等离子束表面冶金熔池的运动特性进行了理论分析。并根据等离子束表面冶金的特点，建立了温度场分析模型，对表面冶金过程温度场进行了有限元模拟，模拟计算的结果与实际试验值较吻合。结果表明，熔池最高温度与等离子束功率成正比例关系，与扫描速度成反比。另外，建立了合金粉末穿越等离子束的模型并进行了计算分析，结果表明，粉末颗粒到达熔池前其温度没有达到其熔点。模拟计算出熔池中心温度大致为5000～6000℃，远远高于铁基合金粉末的熔点，能够将进入熔池的粉末颗粒瞬间熔化，形成与基体呈冶金结合的合金涂层。 FeCrCNiBSi涂层主要组成相为γ-(Fe，Ni)和M7C3。涂层的不同位置G/R的不同，形成的凝固组织也不同，底部为平面外延生长组织，然后呈现胞晶、胞/枝过渡、枝晶到表面细小等轴晶的分层凝固组织特征。稀土的加入可以显著改善FeCrCNiBSi涂层组织和性能。热力学计算表明：在冶金熔池中，稀土氧化物能被碳还原为稀土元素，稀土元素能与氧、硫反应生成稀土硫氧化物，起到脱氧、脱硫、净化熔池的作用。试验结果表明，加入适量的La2O3和Ce2O3可以细化晶粒、减少夹杂和裂纹、净化晶界。在固溶强化、弥散强化和细晶强化共同作用下，涂层具有高的显微硬度，加入稀土后的涂层平均硬度为900HV，比未加稀土的铁基涂层提高约100。由于涂层中高硬度的耐磨相M7C3的作用和与基体的冶金结合，涂层具有良好的磨损性能，磨损试验结果表明，室温湿滑动磨损条件下，载荷为70N，当橡胶轮旋转周次为4000转时，铁基涂层相对与16Mn钢的耐磨性为12.1倍，铁基稀土涂层相对与16Mn钢的耐磨性为19.5倍；而当橡胶轮旋转周次为10000转时，铁基涂层相对与16Mn钢的耐磨性为23.7倍，铁基稀土涂层相对与16Mn钢的耐磨性为34倍。另外，涂层在H2SO4溶液、海水中具有良好的耐蚀性能，其涂层的耐酸和Cl-的腐蚀能力显著优于1Cr18Ni9Ti不锈钢。 最后，将本文设计的涂层材料和工艺技术在采煤机截齿上进行了成功应用，实现了批量生产，取代了进口产品，获得了显著的经济效益和社会效益。