铸铁在工程机械领域应用广泛,铸铁铸造工序繁多,铸铁装备运行工况恶劣。长期在重载、疲劳和冲击载荷下,铸件表面容易开裂,若不及时修复可导致装备失效。在铸造过程中产生的原始缺陷,在运行中也会形成裂纹扩展,采用回炉重新铸造方式,成本较高且会对环境造成污染。等离子熔覆技术,作为绿色再制造技术,可以实现工件的修复与再制造。因此,采用等离子熔覆技术在铸铁表面制备熔覆层,对铸铁工件进行修复与再制造,不仅具有较大的工程应用价值,而且可以变废为宝实现绿色发展。本文采用等离子熔覆技术在铸铁表面制备Fe-Al-C合金熔覆层,并对其组织、性能进行研究。首先进行等离子熔覆层制备工艺研究,优化单道熔覆工艺参数,在此基础上改变熔覆过程中冷却条件,研究冷却方式对于涂层形貌以及石墨析出形态的影响。随后采取多道熔覆方式,研究其对涂层组织性能以及摩擦磨损性能的影响。对于等离子熔覆Fe-Al-C合金层进行后热处理,研究热处理前后熔覆层内部石墨形态、分布特征的变化。在Fe-Al-C合金熔覆层加入不同含量的WC-Co,研究WC加入量对于熔覆层组织以及摩擦磨损性能的影响。单道熔覆Fe-Al-C合金涂层优化的工艺参数为:电流I=65A,熔覆速度V=2mm/min,送粉速12rad/min,稀释率为19.6%。当熔覆电流增加至140A,较大过冷度下,涂层内部无石墨析出,硬度较高在800-900HV之间。随着冷却速度的增加,熔覆层稀释率降低,碳原子扩散减慢,熔覆层中部、顶部的石墨形态,空冷条件下为弯曲长片状,风冷、CO2冷却条件下为团块状,而涂层底部石墨形态变化不大。多道次熔覆条件下,涂层与铸铁界面处出现球状石墨过渡带,涂层内部奥氏体枝晶内有碳化物分布,形成碳化物骨架。多道次熔覆电流45A条件下,涂层硬度最高为402HV。经过摩擦磨损性能测试,熔覆电流50A条件下,熔覆层摩擦系数最低为0.45,磨损量最少为5.4mg,具有良好的耐磨性。热处理过程中,涂层中的渗碳体分解,碳原子扩散以石墨形式析出。900℃、980℃热处理下,马氏体、奥氏体、渗碳体组织消失,基体组织转变为铁素体。980℃下扩散系数最大为17.4 μm2/s。热处理后析出的石墨呈现小团状,分布于涂层中。700℃保温60min石墨析出量为6.52±0.54%,980℃保温60min石墨析出量最大为10.84±0.89%。FeAlC/WC-Co复合涂层内部有鱼骨状Fe3W3C析出,形成了抗磨骨架,且涂层底部均匀分散未熔WC颗粒。涂层主要由α-Fe、γ-Fe、WC、Fe3W3C组成。当加入的WC-Co含量为20%时,FeAlC/WC-Co复合涂层摩擦系数最低为0.45,磨损量最小为1.3mg,其耐磨性为基体的6倍。涂层磨损形貌以磨粒磨损作为主,表面犁沟较浅、粘着较少,涂层的摩擦磨损性能最佳。