摩擦磨损现象普遍存在于工业生产及日常生活中,由磨损造成的经济损失,约占整体能源消耗的30%⁵0%。通过在金属基体表面制备复合材料层可显著提高其耐磨性,耐磨层对提高产品的使用寿命、节约能源、降低成本等方面有重要意义。本文采用激光熔注技术在4Cr5MoSiV1热作模具钢表面制备微米、纳米及多尺度WC颗粒增强Fe基复合材料层,研究了工艺参数对复合材料层形貌的影响规律,分析了不同颗粒尺寸WC/Fe复合材料层的显微组织特征,在对复合材料层磨损性能研究的基础上,阐述了不同颗粒尺寸WC/Fe复合材料层的微观磨损机理。通过系统工艺实验获得激光熔注最佳工艺窗口,利用OM、SEM、XRD分析其物相组成与显微组织,不同颗粒尺寸WC/Fe复合材料层均由α-Fe、WC、M₂C、M₆C等相组成,M₆C以WC颗粒反应层,基体中不规则棒状、树枝状初晶和鱼骨状、细条状共晶组织的形式存在。对不同颗粒尺寸WC/Fe复合材料层进行硬度和磨损性能测试。结果表明,复合材料层硬度可达1003.4 HV_1.0,是基体硬度的5.4倍;在30 N载荷磨损条件下,多尺度（WC+WC-10Ni）/Fe熔注层摩擦系数在0.40⁰.58之间,而微米WC/Fe和纳米WC-10Ni/Fe熔注层的摩擦系数分别为0.62和0.59,多尺度熔注层摩擦系数明显小于单一尺度,当WC和WC-10Ni质量分数为1:1时,熔注层摩擦系数最小,达到最优减摩性能;基体失重量依次是熔注层的3倍、3.75倍、7.5倍、3.75倍和5倍,熔注层表现出优异的耐磨性能,当WC和WC-10Ni质量分数比为1:1时熔注层耐磨性能最佳。分析基体和不同颗粒尺寸WC/Fe复合材料层在平面磨损条件下的磨损机理。基体和复合材料层在磨损过程均发生粘着磨损、磨粒磨损和氧化磨损,其中基体主要发生粘着磨损,复合材料层则以磨粒磨损为主。复合材料层中M₂C、M₆C等碳化物钉扎强化基体,微米WC/Fe复合材料层中WC颗粒作为骨架,起到“阴影效应”,纳米WC-10Ni/Fe复合材料层中WC-10Ni颗粒弥散强化基体,而多尺度（WC+WC-10Ni）/Fe复合材料层兼具微米WC的“阴影效应”和纳米WC-10Ni颗粒弥散强化作用。