陶瓷相颗粒增强金属基复合材料涂层因其高硬度、高抗磨性、高温力学性能而被广泛应用于机械、电子、航空航天、能源、石油等工业领域。而采用激光熔覆的制备工艺,由于热输入量低、变形小、与基体形成良好冶金结合等优点得到了众多学者的关注。但陶瓷相与金属基体相之间存在较大的热物性差异,在激光的快速加热与冷却过程中,熔覆层中容易产生热应力,尤其在陶瓷与金属基体界面处容易出现应力集中并产生裂纹,极大地阻碍了其在工业领域中的进一步应用。原位合成法制备金属基复合材料依靠合金成分设计,在合金体系内发生化学反应生成一种或几种高硬度、高弹性模量的陶瓷或金属间化合物增强体,从而达到增强基体的目的。原位合成的陶瓷相与金属粘结相之间的界面结合更加洁净,在凝固过程中通过调整界面间的原子排布方式使得界面之间相互适应,从而得到较强的界面结合,缓解了涂层中的热应力,避免了涂层产生裂纹等缺陷。此外,所获得的增强相颗粒在涂层中分布均匀,这种制备工艺为陶瓷颗粒强化复合涂层的应用提供了新思路。本文利用激光熔覆的方法,原位合成了陶瓷相WC颗粒增强镍基涂层,通过改变激光熔覆参数、制备工艺、粉末配比、稀土掺杂等手段,深入研究了原位生成WC颗粒形貌特征及演变规律,阐明了工艺参数对涂层组织性能的影响,揭示了WC颗粒与Ni基体相的界面特征,表征了原位生成WC颗粒增强Ni基涂层的力学性能,探明了复合涂层的主要磨损机制。本文的研究成果如下:（1）利用第一性原理对WC的本征特性、WC/Ni界面的电子结构及成键特性等进行了研究。发现WC晶体中主要为共价键键合,部分表现为金属键与离子键键合。共价键键合主要来自W-5d与C-2p之间的杂化作用,而W-5d价带部分电子的填充是金属键的主要产生原因,其中W-C键之间的离子属性由部分的电荷从钨原子向碳原子转移所作的贡献。对OT构型、MT构型及HCP构型并使用以W及C为终止端的6种构型下Ni（1 1 1）/WC（0 0 1）的界面进行了研究,结果发现以W为终止端的HCP构型的界面结合能最高。对界面的界面能计算结果表明,以W为终止端HCP构型的界面能在整个?_C^slab-?_C^bulk变化范围内均为小于以C为终止端的构型,表明WC晶体优先以W为末端的HCP构型的形式存在。对界面的电荷密度分布、差分电荷密度分布及每层原子态密度的研究表明,界面电荷重新分配后呈现出明显的局域化特征,且电荷的转移主要存在于界面两侧,形成化学键合作用主要是Ni-d、W-d及C-p轨道的电子所作的贡献。（2）基于Gibbs-Wulff晶体生长热力学定律及Bravais-Friedel-Donnay-Harker（BFDH）晶体生长动力学模型,对WC晶体各晶面的生长速率进行了计算,结果表明WC各晶面的生长速率按照{0 0 1}<{1^—1 0}={1 1^—0}<{1^—1 1}={1 1^—1}<{1^—1 2}??的规律排列。进一步结合Ni（1 1 1）/WC（1^—1 0）及Ni（1 1 1）/WC（1 1^—0）界面能的计算结果,阐明了WC的形貌按照“球形多面体→多面体→六棱柱→三棱柱”演变的规律。（3）采用多层熔覆的制备工艺,结合WC颗粒在激光熔池中容易沉积的特性,制备了初始W粉与C粉的混合粉末质量配比依次为30%、40%、50%、60%及70%的5层熔覆层,发现熔覆层中原位合成的WC颗粒面积百分比含量最高可以达到81%。而初始粉末配比为70%的单层熔覆层,原位合成的WC面积百分比最高仅为68%。所制备的高含量WC颗粒涂层中,其最高硬度可以达到942HV,极大地提升了熔覆层的力学性能。（4）以不同含量的稀土氧化物CeO₂掺杂对原位合成WC涂层进行了改性,发现随着稀土氧化物CeO₂的增加,原位合成WC颗粒的尺寸逐渐细化,WC形貌也由多角型逐渐变得更加圆滑。对稀土Ce掺杂Ni/WC界面的计算结果表明,Ce原子的电荷损耗具有明显的方向性,与Ni及C原子之间产生较强的键合作用,改变了界面能的大小,诠释了WC晶体形貌由多角型变得圆滑的作用机制。（5）考察了原位合成WC增强涂层、外加WC增强涂层及稀土掺杂改性原位合成WC增强涂层的摩擦磨损特性,揭示了各涂层中增强相颗粒的主要摩擦磨损作用机制。发现三种涂层中磨粒对涂层的微切削作用为主要磨损机制,同时伴有磨粒磨损及粘着磨损,其中硬质相WC主要抵御摩擦力及正载荷作用,而软的Ni基体相则通过塑性变形来抵消外力作用。外加法制备涂层在高载荷作用下,由于WC与基体相界面结合强度低,容易在基体表面脱落,形成硬质相存在于摩擦副及涂层之间,提高了磨粒磨损作用机制,加剧了涂层的磨损。稀土掺杂改性涂层由于WC颗粒变得圆滑,使得摩擦切削力更加均匀,有效地增强了涂层的抗磨性能。