【摘 要】
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磨损和腐蚀是碳素钢机械零部件表面失效的主要形式。伴随着激光熔覆技术的发展,WC增强Ni基熔覆层以其优异的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能在表面工程领域具有广阔的应用前景。本文利用激光熔覆技术在碳素钢表面制备了微米、亚微米和微纳米复合尺度WC增强Ni基熔覆层,分析了不同尺度WC增强Ni基熔覆层的组织结构及成分分布,研究了不同工况下熔覆层的摩擦磨损性能,阐明了 WC的尺度效应对Ni基复合熔覆层组织和性能的影响
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磨损和腐蚀是碳素钢机械零部件表面失效的主要形式。伴随着激光熔覆技术的发展,WC增强Ni基熔覆层以其优异的摩擦磨损性能和耐腐蚀性能在表面工程领域具有广阔的应用前景。本文利用激光熔覆技术在碳素钢表面制备了微米、亚微米和微纳米复合尺度WC增强Ni基熔覆层,分析了不同尺度WC增强Ni基熔覆层的组织结构及成分分布,研究了不同工况下熔覆层的摩擦磨损性能,阐明了 WC的尺度效应对Ni基复合熔覆层组织和性能的影响机制。本文获得了如下主要结论:（1）激光熔覆及热处理微米尺度WC增强Ni基熔覆层主要由γ-Ni,WC和W2C组成。高温热处理后的Ni/WC界面互扩散层增厚,有利于增强Ni/WC界面结合力。随热处理温度的升高,熔覆层中Ni基体的晶粒尺寸增大,熔覆层的硬度和耐腐蚀性能降低。（2）在大气及3.5wt%NaCl环境下,微米尺度WC增强Ni基熔覆层的摩擦系数和磨损率随热处理温度升高先降低后增大,磨损机理主要为磨粒磨损.冲蚀磨损环境下,熔覆层的磨损率随热处理温度的升高逐渐降低,900℃时熔覆层的冲蚀磨损率较未热处理熔覆层降低了约47%。（3）在粘结剂含量 20wt%和20000r/min的雾化造粒工艺下,获得了粒径在50～200μm之间的亚微米尺度WC增强Ni基团聚复合粉末。在激光功率3000W和扫描速度2mm/s条件下制备的亚微米尺度WC增强Ni基熔覆层,自上而下的组织形态依次为层状、针状和块状,硬度呈先降低后增大趋势。在3.5wt%NaCl环境下熔覆层耐腐蚀性能弱于微米尺度WC增强Ni基熔覆层。（4）在大气和3.5wt%NaCl环境下,亚微米尺度WC增强Ni基熔覆层的摩擦系数随载荷增加分别升高和降低,磨损率随载荷增加而逐渐增大,磨损机理主要为磨料磨损和疲劳磨损。在冲蚀磨损环境下,熔覆层的冲蚀磨损率较微米级熔覆层降低约72%,归因于亚微米尺度WC具有更高的抗脆性剥落能力。（5）通过改变激光熔覆扫描速度,可以调控亚微米尺度团聚WC的熔融-析出过程,制备了组织致密、界面结合良好的微-纳复合尺度WC增强Ni基熔覆层。高激光扫描速度（6mm/s）制备的熔覆层中WC颗粒细小而均匀,自腐蚀电位较亚微米尺度WC增强Ni基熔覆层右移了 0.19V。（6）在大气和3.5wt%NaCl环境下,微纳复合尺度WC增强Ni基熔覆层的磨损率随扫描速度的增大而减小。大气环境下的磨损机理为脆性断裂磨损、磨粒磨损、黏着磨损和氧化磨损,在3.5wt%NaCl环境下的磨损机理为磨粒磨损。冲蚀磨损环境下,微纳米尺度WC增强Ni基熔覆层的磨损率随扫描速度增加逐渐减小,高扫描速度（6mm/s）下的冲蚀磨损率分别为微米、亚微米尺度WC增强Ni基熔覆层的1/24、1/6。
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