钨及其合金具有熔点高、密度大、高温强度好、弹性模量高、热膨胀系数小等优点,在航空航天、军事、核工业等领域有着广泛的应用,被誉为工业的“牙齿”。然而,在某些实际应用中,钨及其合金的性能或寿命受到表面硬度低、耐磨性差限制,在表面制备硬质防护是解决这一问题的有效途径。本工作利用间隙原子渗碳法在钨表面制备了 WC硬质层。选择高碳钢作为提供间隙碳原子的碳源,间隙碳原子扩散到钨基体中,形成碳化物硬质层。针对WC硬质层的组织形貌、相转变、硬度、膜基结合力和摩擦磨损性能展开了研究。研究结果表明:（1）在1100℃下所制备的硬质层完全致密（无孔）,陶瓷相的体积分数接近100%。它是由96%WC和位于硬质层与基体界面处的4%W2C组成。这种微观组织是由W转变为W2C再转变为WC的两步固态相变形成的,晶体取向关系为[111]（101）w//[1120]（0001）W2C//[1120]（0001）WC。WC晶内具有高密度的层错,是由两个连续的（1010）层错沿矢量1/2[1211]集体位移产生的。（2）通过对比1100℃和1150℃一步热压制备的WC硬质层的微观组织,发现提高50℃可以显著提高硬质层的生长速率,但在硬质层/基体界面生成了η碳化物（Fe6W6C）。受启发于在1150℃时Fe原子在钨中可扩散,而在WC中不可扩散现象。提出两步热压的渗碳工艺,即先在1100℃热压4 h制备纯WC硬质层,然后在1150℃热压进一步渗碳。在1100℃下制备的WC层当做“半透膜”阻隔Fe原子,并使得碳原子在1150℃下可以扩散。两步法得到了不含η碳化物的硬质层,即完全由WC和W2C组成。硬质层呈现出明显的梯度组织,WC为柱状晶。WC硬质层的厚度与每一步渗碳时间的平方根成正比（δ=Kt1/2）,1100℃时的比例常数K=1.76μm·h-1/2,1150℃时的比例常数 K=3.81μm·h-1/2。（3）WC硬质层的表面显微硬度和截面纳米硬度分别为2400HV和40GPa,与钨基体（500 HV和8 GPa）相比有显著的提高。与1100℃一步热压相比,1150℃主渗碳的两步间隙渗碳具有更高的渗碳效率,硬质层获得2400HV饱和硬度的总渗碳时间由8 h缩短到6h。利用压痕法得知,WC硬质层的断裂韧性平均值为2.5 MPa·m1/2。刻划结果表明,硬质层与基体在不同的加载速率下均有较强的结合力（大于100N）。（4）WC硬质层在20 N的法向载荷下与YG6硬质合金球的磨损随着时间的增长磨痕深度逐渐增加,WC硬质层在磨损10 h时磨痕深度为300 nm,而钨基体在磨损10 min后磨痕的深度为23.936μm,故通过间隙原子渗碳法制备的WC硬质层使得钨的抗磨损性能得到大幅提升。WC硬质层与YG6硬质合金球之间是以磨粒磨损和黏着磨损为主导的磨损。