轧辊是钢铁产品生产中重要的易损易耗件，其质量好坏直接影响到轧制产品的产量和质量。由于等离子束表面强化技术在精密设备、功能设备表面强化领域的优势，本课题利用等离子束表面强化技术对轧辊工作面进行强化处理，改善并加强轧辊工作面的综合性能，为轧辊工作面的强化及修复提供了十分方便并行之有效的方法。本文研究了高镍铬无限冷激铸铁和9Cr3MoNiV冷轧辊钢两种轧辊材料经过等离子束表面强化后的硬化层的表面形貌、组织形貌、显微硬度分布；探讨了工艺参数对基于两种轧辊材料的硬化层的组织形态、显微硬度分布的影响；对高镍铬无限冷激铸铁，讨论了其表面合金化层回火后的组织转变的规律，研究其抗热疲劳性；对9Cr3MoNiV冷轧辊钢研究其表面合金化层耐摩擦磨损性能和耐腐蚀性能。本文的主要结论如下：1)等离子束表面强化后，高镍铬无限冷硬铸铁表面涂层与基体形成冶金结合，结合界面没有宏观裂纹出现。强化层由熔凝区、热影响区、基体三部分组成。高镍铬无限冷硬铸铁的熔凝区组织为奥氏体急冷转变相和合金碳化物（M₇C₃）组成的共晶组织，并包含部分由γ′与M₇C₃反应生成的M₂₃C₆相组成的。热影响区由残余奥氏体加马氏体的淬火组织与晶间网状的合金渗碳体相构成，并弥散分布着一些白亮颗粒状合金碳化物。能量密度达到1.62J/mm²时，合金化层获得较好的硬化层深，最高硬度值在次表层获得，达到了794HV_0.2，热影响区的硬度也相对较高。研究了回火对高镍铬无限冷硬铸铁表面合金化层的影响，结果表明，回火马氏体的形成、合金碳化物的析出、合金元素过饱和固溶于马氏体综合作用，保证了合金化层的耐回火稳定性。2)经过等离子束表面强化处理的高镍铬无限冷激铸铁试样，其热疲劳性能相较于基材有明显的提高，经等离子合金化处理的试样热疲劳性能优于等离子熔凝淬火处理试样。细晶强化、固溶强化、第二相弥散强化共同作用，提高了材料表面的强韧性，从而提高了材料表面的耐热疲劳性能。裂纹在等离子表面强化处理后的试样中出现曲折分叉扩展表明硬化层内的应力状态有利于抑制裂纹的生长。3)9Cr3MoNiV冷轧辊钢表面合金化处理后的强化层分区与热轧辊表面合金化处理类似，其合金化层主要由针状马氏体与未转变的残余奥氏体以及弥散分布的碳化物颗粒组成。能量密度小的时候，搭接区的组织形态为回火马氏体+索氏体+碳化物颗粒，当能量密度增大，其合金化层表层出现枝晶形态的马氏体组织，枝晶形态在搭接区被破除，但相组织仍然为针状马氏体。硬化层深随等离子束能量密度增加而增加，显微硬度变化趋势与此相反。经过等离子束合金化处理的试样，其马氏体组织明显细化，并发生晶格畸变，这是由于碳及其他合金元素过饱和固溶于马氏体相的缘故。4)经过等离子束合金化处理的试样在磨损试样中的磨损形式主要是磨粒磨损。其摩擦磨损性能较之基材试样有一定改善，合金化层显微硬度的提高和晶粒细化、合金碳化物对摩擦犁削作用的抑制是合金化层摩擦磨损性能提高的主要原因。5)经过等离子束表面合金化处理的试样，其极化曲线与原始试样特征差别不大，阳极都表现出材料的活化极化过程。经过等离子束合金化处理后的试样，尽管阳极仍然表现为铁基材料的活性溶解，但阳极过程显著受到抑制，其腐蚀电位明显高于基体，腐蚀电流减小，耐腐蚀性高于基体。随能量密度的提高，一般抗腐蚀能力提高。