ZrB₂陶瓷因具有高熔点、高硬度、高化学稳定性、良好的导电导热性以及优异的抗氧化和抗热震性能,被广泛应用于复合材料、耐火材料、电极材料和涂层材料等诸多领域。Fe基金属因成本低廉、应用范围广、性能提高明显等优点被选作金属陶瓷复合涂层的常用基体材料。但鉴于ZrB₂陶瓷与Fe基金属之间较大的热物理性能差异,熔覆热源的选择将对ZrB₂/Fe复合涂层的表面成型和组织分布等产生重大影响。本文尝试采用氩弧、等离子转移弧和激光三种热源进行ZrB₂/Fe复合涂层的原位合成制备。经等离子弧熔覆所得涂层表面平整、无气孔和颗粒状飞溅物出现,涂层内部ZrB₂含量高、尺寸细小;但该工艺下所得陶瓷涂层与Fe基体润湿不良,涂层内部ZrB₂分布不均匀。通过调整预涂层成分和熔覆工艺参数,等离子弧熔覆所得涂层的表面成型和组织分布可得到明显改善。综合考虑制备成本、生产效率以及熔覆层的成型和质量等因素后,发现等离子弧熔覆工艺更适用于ZrB₂/Fe复合涂层的原位合成制备。在等离子弧熔覆工艺下,涂层内ZrB₂相往往具有多种形态。根据ZrB₂相长宽比的不同,可以将其大致分为针状、棒状和块状三类。其中针状ZrB₂相极易在熔覆层的上表层、底部和边缘出现,而块状ZrB₂相倾向于在熔覆层的中部和下部出现。这主要与冷却条件、ZrB₂的形核方式、ZrB₂的形成时机以及ZrB₂的浓度等因素有关。采用Zr和B4C粉末为原料所得涂层内ZrB₂相往往具有横向和纵向的梯度分布规律。从熔覆层的表层到底部,ZrB₂的含量逐渐减少、硬度也逐渐降低,形态由粗大的针状向细小的块状过渡。从熔覆层的边缘到中心,ZrB₂的含量先减小后增大、硬度也是先降低后升高,形态也会呈现针状到块状的过渡。不过,熔覆层中ZrB₂相的纵向梯度分布要比其横向分布明显得多。对Fe-Zr-B4C反应体系而言,Zr与B4C直接反应的可能性最大,反应产物ZrB₂的稳定性最高。但实际熔池中ZrB₂的生成方式可以有多种,形成方式的不同往往直接影响涂层中ZrB₂相的形貌特征。在等离子弧熔覆的中期,液态Zr与液态B4C快速反应生成大量ZrB₂,但因其形成时机晚、生长时间短,在熔覆层中多以块状形态出现。