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Fe-Al合金具有优异的抗高温氧化性、耐磨损性和耐腐蚀性能。但由于其韧性差而难以制造和加工，严重限制了其实际应用。研究表明，Cr可有效提高Fe-Al合金的塑性，同时可进一步改善其综合性能。而采用表面合金化技术在普通强韧性材料表面制备Fe-Al-Cr合金层，则既可以发挥Fe-Al合金抗高温氧化、耐磨和耐蚀性能优势，又可以有效避开其整体材料难以加工成型的难题。本文采用双辉等离子表面冶金技术在Q235碳钢表面制备Fe-Al-Cr合金层，优化出理想工艺参数为：源极电压850～950V、工件电压450～550V、试验温度800℃、时间3.5h、工作气压35Pa和极间距15mm。通过SEM、EDS、XRD、划痕试验、显微硬度检测、纳米压痕测试、恒温氧化试验、摩擦磨损试验、电化学腐蚀试验等测试分析手段，对在理想工艺条件下所制备合金层的微观形貌、成分分布、组织结构、力学性能、抗高温氧化性、耐磨损性和耐腐蚀性进行了深入的研究和分析。结果表明，合金层与基体冶金结合，其厚度约为25~30μm，均匀致密，无孔洞裂纹等缺陷；合金元素由表及里呈梯度分布，Fe呈梯度上升，Cr元素呈梯度下降，Al元素为先上升后下降；合金层中主要物相为Fe2AlCr、Fe3Al、FeAl、Fe(Cr)固溶体、Cr23C6以及α-Fe(Al)；表面显微硬度（460.3HV0.1）为基体的2.5倍；合金层的弹性模量为284.2GPa，塑性变形功为5.68×10-8J，说明其表面具有较强抵御塑性变形的能力，韧性得到提高；高温氧化试验表明，在500℃、600℃和700℃高温条件下，Fe-Al-Cr合金层较基体表现出优异的抗氧化腐蚀性和自修复功能，其表面氧化膜结构为外层致密Cr2O3和Fe2O3，以及内层Al2O3，FeCr2O4和Fe3O4；摩擦磨损试验表明，在不同载荷和温度条件下，Fe-Al-Cr合金层的摩擦系数、磨损率、磨损体积和比磨损率均低于基体。在最大载荷（530g）和最高温度（400℃）的条件下，Fe-Al-Cr合金层的比磨损率分别为0.2758×10-3mm3N-1m-1和0.1656×10-3mm3N-1m-1，约为基体的1/3和1/5，说明合金层显著提高了基体的耐磨性；电化学试验表明，在3.5%NaCl溶液体系中，Fe-Al-Cr合金层自腐蚀电位Ecorr、自腐蚀电流密度icorr和极化电阻Rp分别为-0.348V、1.245×10-3A/cm2、248.9Ω/cm2，均优于基体和304不锈钢。在0.5mol/LH2SO4溶液体系中，合金层在-0.201V维钝电压和3.120×10-3A/cm2的维钝电流条件下表面形成了可阻碍腐蚀介质对其进一步侵蚀的钝化层，从而有效保护基体不受腐蚀。