40Cr作为一种中碳钢，拥有较好的综合机械性能，经济实用，被广泛应用于机械制造行业中。但由于其表面硬度不足，难以满足一些要求较高的场合，需要进一步提高其表面的性能及耐磨性。目前传统、单一的处理方法难以满足工艺要求，而电子束改性和涂层工艺相结合为解决这一问题提供了新的途径。电子束工艺可以对材料表面进行净化，增加材料表层硬度，并在材料表面形成大量熔坑，增大镀层界面的接触面积，从而增加结合力。镀层以后进行电子束处理，能够形成镀层重熔扩散，形成冶金结合。本课题受国家自然科学基金面上项目（“超细晶齿面梯度涂层工艺及齿轮性能研究”（编号：51275548））资助，主要研究材料工艺复合及其性能部分。通过磁控溅射工艺制备Cr涂层，选择不同参数的电子束处理作为辅助手段，设计了两条方案对以电子束为辅助手段在40Cr表面制备涂层的工艺和其性能进行研究。方案一：电子束预处理表面Cr层；方案二：表面涂覆Cr层后电子束重熔。论文的主要工作有：（1）40Cr表面电子束预处理后涂覆Cr层后的工艺及性能研究。研究电子束参数对材料表面形貌的影响规律，分析不同参数下对材料硬度影响、结合力改善状况等。（2）40Cr表面涂覆Cr层后电子束重熔的工艺及性能研究。在材料表面进行镀层，利用电子束照射使镀层表面重熔，研究电子束照射能量和电子束照射次数对涂层质量的影响，获得使涂层质量最优的工艺参数。（3）不同工艺下的涂层的摩擦磨损性能研究。对不同工艺条件下的涂层表面进行摩擦磨损性能试验研究，分析工艺对其摩擦系数、磨痕宽度和磨损量等的影响规律，并寻找使涂层硬度分布最合理的最优化涂层工艺。研究结果表明，40Cr表面电子束预处理后涂覆Cr层工艺条件下，在相同电压、次数下，随着试样尺寸增大，照射后表面硬度也变大，同时表面出现硬度分布不均匀情况，表面边缘处硬度大于中心部位。且随着照射次数的增加，结合力也会增加；相比没有电子束预处理情况，涂层结合力也提高了33.3%到50%。电子束预处理后的镀层表面平均摩擦系数要高于未经过电子束预处理的镀层表面，且摩擦系数波动比未电子束处理的镀层表面平缓，当延长初磨阶段时间时，磨损体积则随着照射次数的增加出现波动，摩擦磨损性能得到提高。40Cr表面涂覆Cr层后电子束重熔工艺条件下，表面会产生白亮区域，白亮区域的Cr元素含量是周围区域的3倍，而其显微硬度低于周围区域，会降低材料表面的硬度性能。Cr涂层经电子束重熔能够促进涂层与基体之间产生冶金结合，提高涂层结合力。随着脉冲电压增加，会对Cr元素的扩散深度产生促进作用。但较高电压与较多次数会对涂层产生破坏，减少了Cr元素在重熔层中含量。在相同照射次数下，电压越高，基体温度越高，越不利于表层的晶粒细化。而在相同电压下，随着照射次数的增加，材料表面的清洁度提高，硬度也会提高。Cr涂层经电子束重熔工艺试样在初始阶段比未经电子束预处理试样的摩擦系数小，平均摩擦系数低；而在相同照射次数下，低电压反而比高电压摩擦磨损性能好。