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随着工业化进程的不断发展，对零部件表面性能提出了更高的要求。堆焊作为最有效的表面技术之一，通过修复与再制造手段可以获得耐磨、耐热和耐蚀的零部件表面。因此，研制不同条件下的新型堆焊材料，将宏观的力学性能与微观组织结构联系起来，完善堆焊修复及再制造的相关理论具有重要意义。本文以高铬铁基合金为研究对象，制备了不同成分的药芯焊丝，在Q235基板上进行堆焊，获得堆焊层试样。采用金相显微镜和扫描电子显微镜对不同成分的焊态合金进行组织观察，采用洛氏硬度计和显微硬度计对堆焊层的硬度进行测定，采用砂带式摩擦磨损试验机、CSM划痕仪对堆焊层在磨粒磨损情况下的耐磨性进行评价，并通过扫描电镜对磨损试样进行观察，分析其摩擦机制。采用第一性原理研究了合金中的主要强化相（Fe,Cr）7C3型碳化物，计算了其平衡晶格常数、形成能、态密度以及弹性常数，同时研究了不同Cr含量的Fe7-xCrxC3型碳化物结构稳定性、弹性性能以及电学性能的影响，并对LaAlO3（001）/Fe3Cr4C3（001）的异质形核界面的电子结构、结合功进行了计算。显微组织分析结果表明，随着C含量的增加，堆焊合金组织由近共晶向过共晶转变，实验结果与相图计算结果相吻合。初生相皆为M7C3碳化物，但其形貌和尺寸发生相应改变。由XRD结果可知，三种试样皆由M7C3、γ-Fe和α-Fe组成。试样C含量升高，碳化物数量增加，奥氏体数量降低，堆焊层与基板稀释区越小。磨损性能测试结果表明，随着C含量增加，试样硬度不断上升，材料抵抗低应力磨粒磨损能力增强，但同时脆性增加，抗冲击磨损性能下降。在低应力磨粒磨损条件下，材料的去除机制为多次塑性变形机制；在高应力磨粒磨损条件下，C含量高的合金逐渐向微观断裂去除机制转变。同时能谱分析结果表明碳化物分为初生和共晶两种，并确定了初生碳化物的成分比为Fe3Cr4C3，并测定了其晶体结构和微观力学性能。第一性原理计算结果表明，Cr元素可以增强Fe7-xCrxC3碳化物的结构稳定性，Fe4Cr3C3在Fe3C和M7C3碳化物中表现出更高的弹性模量，同时计算得到的硬度也高于其他碳化物，与实验结果相一致，电子结构表明Fe7-xCrxC3碳化物内成键具有金属键、共价键和离子键混合键特征。同时研究了LaAlO3的表面稳定性，确定构建界面所需要的层数为7层，Fe3Cr4C3/LaAlO3界面由于LaAlO3极性表面的原因也分为两种，LaO终止型界面结合功要强于AlO2终止型界面，界面结构稳定性很大程度上受La的化学势的影响，计算得到的界面能为初生碳化物异质形核和晶粒细化提供了理论依据。