钢铁冶金、矿山机械、石油化工等领域关键装备零部件服役过程中受到重载荷、强磨损及腐蚀作用,使得其零件使用周期缩短造成经济损失。因此,重载抗磨耐蚀零部件表面强韧化成为这些领域当前急需的技术需求。电弧堆焊作为常用的表面涂覆技术其效率高、堆焊层厚度大、成本低等优点被广泛应用于各重型机械零部件表面防护。本文从涂层成分设计与结构性能调控出发,提出低成本高强韧涂层设计制备思路,利用手工电弧堆焊技术制备多层次多组分合金涂层。利用超景深光学显微镜、X射线衍射仪(XRD)及扫描电镜(SEM)等微尺度手段对堆焊合金层进行物相分析和微观组织结构表征;利用维氏硬度计、摩擦磨损试验机、电化学工作站研究堆焊合金层力学、摩擦磨损与耐腐蚀性能。微结构分析发现:低铬合金微结构演变过程为在熔合线处组织较为细小多以针状为主,随着厚度的增加晶体变为块状再后呈条状生长。表面晶粒在第二道(厚度为6mm)时晶粒最小再随着厚度增加晶粒逐渐增大至第四道(厚度为10mm)时道最大与不锈钢基体相差无几。电化学性能研究发现:低铬合金腐蚀性能不理想,其中两道因其晶粒小致密度高表现出最好的耐蚀性;不锈钢耐蚀性好于低铬合金涂层,高铬合金涂层耐蚀性能相比基体有了明显提升。力学性能研究揭示;一道和二道低铬合金堆焊层的强化效应有限,其硬度值分别为273HV HV和353.22HV,而四道堆焊合金层硬度低于基体,其硬度约228.88HV HV,高铬合金堆焊层具有最高的硬度值约1200HV。在应力方面:一道低铬合金堆焊层的拉应力较高,二道合金堆焊层表现较低水平压应力特征,四道合金堆焊层的表现低水平拉应力特征,而高铬合金堆焊层表现较高拉应力,其数值高达353.8MPa。摩擦磨损试验证实:合金堆焊层相对不锈钢基体耐磨性有很大提升,主要体现在高铬合金涂层其耐磨性约为基体8倍。低铬合金涂层耐磨性提升明显,其中两道堆焊层耐磨性最佳。堆焊层材料力学性能较低时,磨损机制主要包括磨粒磨损主导、粘着磨损与氧化磨损辅助的协同作用,堆焊层力学性能较高时,主要体现以粘着磨损与氧化磨损为主导复合损伤机制。本文通过堆焊合金涂层的成分与结构设计与使役损伤研究,获得了堆焊合金涂层的微结构演变以及成分差异化规律,揭示了涂层微结构变化与力学性能、摩擦学行为及电化学腐蚀之间的内在关联性规律,阐述了堆焊涂层微结构演变及腐蚀机理、强韧化与磨损机理,为重载抗磨耐蚀类装备零部件表面防护提供理论基础。