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镍基和钴基高温合金因具有较好的高温耐磨、耐蚀及抗氧化性能而广泛地应用于石油化工、阀门制造、机械装备等领域。然而,对于在高温、高压、高载荷等苛刻工况条件下的使用的零件,单一的合金难以满足零件的使用要求。在钢铁材料表面激光熔覆WC增强高温合金所形成的复合涂层可以有效满足零件在苛刻工况下的服役性能要求及提高零件的使用寿命。但金属和陶瓷的物理性能差异较大,导致复合熔覆层容易出现裂纹、气孔等缺陷,因此,获得无任何裂纹、气孔缺陷且高温耐磨性能较优异的金属/WC复合涂层一直以来成为难点。本文利用高功率半导体激光器在304不锈钢表面成功制备了几种不同体系的金属/WC耐磨熔覆层。利用光学显微镜(OM)、扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDX)、X射线衍射仪(XRD)、高温端面磨损试验机等对熔覆层形貌、组织结构、界面特征及不同温度下的摩擦磨损行为进行了全面研究。以Ni基、Co基合金为粘结相,在不锈钢表面熔覆了不同角状WC含量的Ni/WC、Co/WC熔覆层以及Ni包60%球形WC熔覆层。结果表明,WC含量越高,熔覆层裂纹敏感性越大,气孔越容易形成;Ni包球形WC熔覆层抗裂性最好,其次为Ni/角状WC,Co/角状WC抗裂性最差;通过基体预热和添加稀土元素方法可以有效消除高角状WC含量的熔覆层裂纹、气孔缺陷。三种体系熔覆层的WC颗粒与粘结相界面结合均较好,无任何显微缺陷。纯Ni基合金主要由γ-Ni固溶体,Cr7C3和Fe3C碳化物组成,随着WC含量的增加,熔覆层组织逐渐细化,且出现了金属间化合物Ni4W、M23C6等碳化物;纯Co基熔覆层由γ-Co固溶体,Ni4W,W2C和Co3W组成,随着WC含量的增加,WC烧损越严重,熔覆层枝晶组织越细小,析出的碳化物尺寸越大,颗粒与粘结相界面越粗糙,当WC质量分数达到40%以后,熔覆层中析出了大量的Co6W6C、Fe6W6C和Cr23C6等碳化物。复合熔覆层硬度较纯Ni基或Co基熔覆层明显提高。摩擦磨损试验结果表明,在常温、600℃和700℃下,高WC含量的复合熔覆层表现出较好的耐磨性,其耐磨性相对于纯高温合金大幅度提高。三种体系复合熔覆层耐磨性比较得出,常温下Ni-60%角状WC熔覆层耐磨性最好,其次为Ni包60%球形WC,Co-20%角状WC耐磨性最差;高温600℃下,Co-20%角状WC熔覆层耐磨性最好,其次为Ni-60%角状WC熔覆层,Ni包60%球形WC耐磨性最差。常温下,纯Ni基合金和Co基合金的磨损机制主要为粘着磨损和部分磨粒磨损,随着WC含量的增加,磨损形式逐渐以磨粒磨损为主。高温下,所有熔覆层磨损机制均主要为粘着磨损和氧化磨损。目前已将Ni-60%WC、Ni包60%球形WC和Co-20%WC三种体系熔覆层成功应用到轴类零件和阀门零件上。