在过程装备传热表面的腐蚀生垢是影响系统安全和效率运行的主要问题。受循环工质物性参数的影响污垢在传热介质中会在循环系统内造成腐蚀产物及析晶污垢的形核、团聚、沉积、迁徙。而不同腐蚀程度的换热表面在形成腐蚀产物和析晶污垢时,从宏观上表现为腐蚀产物和析晶污垢沉积和剥落的难易程度不同,而微观上则表现为腐蚀产物和析晶污垢晶体结构形态、垢层致密程度以及传热介质中溶液离子浓度的不同。本文首先结合第一性原理及分子动力学方法开展腐蚀和生垢的相关性理论研究,从考虑析晶污垢与铁基及腐蚀界面结合的微观角度入手,着重研究了析晶污垢的附着机制。探究了不同晶型碳酸钙析晶污垢（方解石、文石和球霰石）在α-Fe2O3（0 0 1）表面的吸附行为。考察了相互作用中的态密度、均方位移曲线、相对浓度分布、径向分布函数以及结合能等规律,分析了腐蚀界面对不同晶型碳酸钙析晶污垢的作用机理及不同温度作用下析晶污垢的沉积规律。对比分子动力学模拟结果,通过流动腐蚀—生垢试验,结合扫描电子显微镜、能谱仪和X射线衍射仪对腐蚀前后析晶污垢的形貌和物相结构进行了研究。试样的腐蚀不同、表面能不同会影响污垢的物相结构,试样的耐蚀性与污垢的形成密切相关。化学镀Ni-W-P镀层技术和激光熔覆技术作为表面改性的方法,通过最大限度地减少物质和基体之间的粘附能量,对于析晶污垢和腐蚀污垢的附着沉积具有一定的抑制效果。本文首先对Ni-W-P抗垢镀层的表面形貌和微观结构进行了研究,并采用热流法测定并分析了不同钨含量的三元Ni-W-P抗垢镀层的导热系数变化规律。通过流动污垢沉积实验结合污垢热阻法计算了生垢前后Ni-W-P镀层的抗垢性能及传热特性,并比较了不同表面腐蚀程度对碳酸钙污垢不同晶格类型的吸附状况。结果表明氧化产物总是伴随着方解石相碳酸钙污垢的沉积物。由于表面能的不同,钙离子和碳酸根离子在形核过程中所需的能量也不同,从而导致在Ni-W-P三元镀层上形成较多的文石相碳酸钙,而在裸基底或高钨含量的Ni-W-P镀层表面形成较多的方解石相碳酸钙。三元Ni-W-P镀层的导热系数随钨含量的增加而降低。此外,随着热源温度的升高,时间的推移,镀层表面生垢后的传热效率要优于生垢后的裸基体。利用化学镀方法制备了不同钨含量的三元Ni-W-P耐蚀抗垢镀层,通过超临界水氧化试验台进行超临界氧化实验,对Ni-W-P镀层在超临界工况氧化前后晶化特征及氧化膜演变过程进行探究。通过分形方法对超临界氧化后不同钨含量下的三元Ni-W-P镀层演化机制进行了表征,从而揭示了镀层在超临界工况的氧化特性规律,并获取了最佳的镀覆参数。结果发现随着钨含量的升高,镀层的分形维数会降低,镀层的抗超临界水氧化性能和稳定性变差。非严重氧化的镀层的分形表征在超临界水氧化后呈线性近似。因此一定配比的Ni-W-P镀层在高温高压下仍具有良好的抗超临界水氧化性能。镀层表面致密性好,能有效地抑制超临界工况下腐蚀污垢的沉积。通过激光熔覆技术制备了铁基（Fe-Cr-Ni）和镍基（Ni-Cr-Mo-Nb）两种典型激光熔覆镀层以提高材料在超临界条件下的抗氧化性。利用超临界氧化实验台进行氧化实验,随后对铁基和镍基激光熔覆层超临界氧化前后晶化特征及氧化膜演变过程进行了研究。验证了两种激光熔覆镀层在超临界水工况的可适用性。结果表明高温高压对过渡元素在镀层中的扩散有一定的影响,而对基体扩散行为的影响相对有限,因此靠近熔合线的合金仍能保持良好的元素特性。在超临界水的氧化过程中,不同区域的晶体被连接。超临界水和氧气对激光熔覆层相结构的影响是有限的,腐蚀污垢在两种激光熔覆镀层上的沉积被有效抑制。铁基和镍基镀层具有良好的致密性,可有效地用于超临界水氧化条件。总体来说镍基激光熔覆层抗超临界水氧化效果强于铁基激光熔覆层。本文所得研究成果对于传热表面腐蚀产物形成和析晶污垢粘附理论的深入研究具有重要的指导意义,同时对于超临界工况管路部件的防护提供基础理论支撑。该论文有图92幅,表15个,参考文献235篇。