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重载、高磨损、冲击的恶劣工况，对工程机械零部件再制造表面涂层提出了更高的硬度和强韧性要求。因此，本文在分析工程机械轴类零件失效机制的基础上，提出“多尺度WC基金属陶瓷复合涂层”的材料设计思路，开发了一种具有高硬强韧的超音速火焰喷涂(HVOF)双峰结构WC-(nanoWC-Co)新涂层，成功应用于工程机械轴类零件的再制造。论文首先分析了装载机和平地机的拆解、清洗和检测方法，重点研究了其传动系统轴类零件的失效机制，发现磨粒磨损与接触疲劳是其失效的主要原因，并且发现废旧零件表层存在约50微米厚度的疲劳层。因此，首先要去除该疲劳层，再采用HVOF技术进行再制造。为获得高性能耐磨涂层，研究了工艺参数和粉末结构对HVOF制备WC涂层的影响。获得了优化的工艺参数：燃气（C3H8）气压0.65MPa，燃气流量30L/min，氧气气压0.7MPa，氧气流量245L/min，喷涂距离270mm。此外，设计了四种不同WC颗粒尺度（微米、亚微米、纳米和双峰结构）的WC-12Co粉末和一种WC-Co-Al粉末作为喂料，在优化工艺下研究了粉末结构对涂层组织性能的影响。结果表明：随着WC颗粒尺度减小，粉末沉积过程脱碳行为加剧，涂层的硬度提高，但韧性下降；WC-Co-Al粉末在喷涂过程中，Al元素氧化生成Al2O3相，既可以抑制WC脱碳也会改善涂层的力学性能。五种涂层中，纳米WC-12Co涂层硬度最高(1380HV0.1)，但表现出最低的断裂韧性(5.79MPa·m1/2)，双峰WC-(nanoWC-Co)涂层表现出最好的韧性10.76MPa·m1/2，并兼备优越的硬度1291HV0.1。纳米压痕试验研究表明，纳米WC颗粒的存在提高了双峰结构WC-(nanoWC-Co)涂层粘结相的硬度和弹性模量。对五种涂层的摩擦磨损行为研究表明，在与GCr15对磨环的干滑动磨损试验中，双峰涂层在所有涂层中表现出最优异的耐磨性。对磨损后形貌和磨屑分析发现，WC涂层主要磨损机制为粘结相被对磨环及磨屑犁削、粘着，表面疲劳引起WC颗粒的剥落与局部层离以及摩擦氧化膜的形成与剥离。最后将该WC-(nanoWC-Co)涂层成功应用于双排链轮轴等工程机械轴类零件的再制造。再制造涂层孔隙率低于1%，显微硬度为1256HV0.1，压痕断裂韧性达10.5MPa·m1/2，结合强度超过60MPa，干滑动摩擦条件下磨损失重不足GCr15轴承钢的1/20。通过建立废旧产品可再制造性评价的模型，评估了利用该方法修复双排链轮轴的再制造性，结果证明该再制造方法是完全可行的。