为提高机械零件服役时间,提高机械零件表面耐磨性能,降低机械零件磨损率及维修率,该研究提出在机械零件表面制备与基体结合强度高的、不易剥落的强化耐磨层。依托国家自然科学基金项目（煤炭伴生资源——粉煤灰在A-TIG中应用研究）,研究粉煤灰在电弧力、重力和表面张力多场耦合条件下的扩散过程,探究液态金属在添加粉煤灰后的表面张力演化规律,分析粉煤灰对焊接电弧形态及电弧力演变的作用机理和对熔凝区、熔覆区形貌改变的机制。研发两种高铝粉煤灰+SiO2+TiO2+Si+CeO2复合活性剂和高铝粉煤灰+SiO2+B2O3+Ti+La2O3复合活性剂并对配方进行优化,研发焊接电特性采集系统、电流密度采集系统、温度场测量系统、电弧力测量系统分析粉煤灰活性作用机理。结果表明煤炭伴生资源——粉煤灰,能够有效地升高电弧电压,收缩电弧,降低表面张力梯度、改变熔池流动方式,增加电流密度,增加熔深。针对粉煤灰能够有效增加熔凝区、熔覆区深度的特质,该研究提出在机械易磨损结构件表面制备与基体结合强度较高的、硬度梯度较小、不易剥落的三种表面强化耐磨层即:B-C-S多元复合渗层及其粉煤灰活性熔凝耐磨层和Al2O3/TiB2增强的镍基粉煤灰活性熔覆耐磨层,分析三种耐磨层耐磨机理,优化三种耐磨层制备工艺参数,研究机械零件表面耐磨层在实验室和现场应用条件下的摩擦学性能。研究结果表明B-C-S多元复合渗层较基体的硬度和耐磨性有较大提高,将研发的两种粉煤灰复合活性剂应用到设计的两种强化耐磨层（B-C-S多元复合渗层及其粉煤灰活性熔凝耐磨层、Al2O3/TiB2增强的镍基粉煤灰活性熔覆耐磨层）中,两种机械零件表面耐磨层硬度较基体均有较大提高,硬度梯度有所降低,增加了表面层与基体结合力。两种机械零件表面耐磨层的抗黏着磨损性能、抗磨粒磨损性能、抗冲蚀磨损性能较基体有较大提高,平均摩擦系数降低幅度也较大。现场应用实验表明在三牙轮钻头牙爪表面制备B-C-S多元复合渗层的粉煤灰活性熔凝层能够有效提高进尺深度,在发动机曲轴上制备Al2O3/TiB2增强的镍基粉煤灰活性熔覆耐磨层能够有效提高耐磨性,延长曲轴服役时间。该研究设计的三种表面强化耐磨层能够提高机械零件表面耐磨性,降低机械设备维修率和结构件更换率,提高机械设备的可靠性和使用寿命,为实现煤炭伴生资源的高附加值、资源化利用,实现企业的节能降耗,开辟了一条新的途径。