农业机械触土部件如犁壁、犁铧、耙片等在工作时因摩擦磨损、腐蚀、粘附引起的早期失效与报废现象,严重缩短农机的使用寿命。随着现代农机向大型化、复合化方向发展,对触土部件的综合性能提出更高要求,触土部件的优化设计和表面强化已成为国内外学者关注的热点。因此,系统开展高性能表面强化层磨粒磨损研究对我国从农业大国成为农业强国具有重要的工程意义。选用BNi-2粉状钎料,通过调控硬质颗粒WC含量和粒度,优化真空钎涂工艺,在奥氏体不锈钢表面制备WC颗粒增强的复合钎涂层。借助扫描电镜附能谱仪、X射线衍射仪、摩擦磨损试验机、显微硬度计、洛氏硬度计等多种分析方法表征涂层的组织性能,并对涂层磨损机理研究,利用第一性原理对涂层结合界面进行分析。本文主要开展以下工作:采用MS CASTEP软件对镍基钎料和WC硬质相界面行为进行研究,分别对WC的C封端和W封端两种封端方式,通过收敛性测试确保计算精度,借助计算分离功的方式确定成键强度,利用电子结构分析界面结合的本质,为调控复合钎涂层的组织性能提供理论依据。随着WC含量增加,涂层内部孔隙率升高;WC颗粒在镍基钎料中偏聚现象得到缓解,分布逐渐均匀,耐磨性随之提高;复合涂层临界载荷Pc随着WC含量增加逐渐下降。随着WC粒度减小,涂层内部致密性提高,复合涂层临界载荷Pc逐渐上升,耐磨性先增大后减小,但钎料流动性降低,对钢基体润湿性变差;WC颗粒在镍基钎料中的溶解现象加剧。镍基复合钎涂层的最佳制备工艺:25wt.%WC、WC粒度100目、钎涂温度1030℃、保温时间30min、升温速度15℃/min、真空度5×10-3Pa。最佳工艺制备的复合涂层结构存在着包镶特征,界面存在少量Cr2B相、Ni-W相和镍基固溶体,WC颗粒、镍基钎料和钢基体形成冶金结合。复合钎涂层的孔隙率为1.35%,WC颗粒均匀分布在镍基钎料中,镍基钎料对颗粒具有固结、支撑作用,WC颗粒作为硬质相阻止磨粒对复合钎涂层的犁削作用,复合涂层的耐磨性是钢基体的15.7倍,是高锰钢的5.9倍。涂层与钢基体间元素扩散行为体现在钢基体中铁、铬和锰元素向涂层中溶解扩散,且在涂层组织的晶界处偏析沉淀,靠近界面处钢基体上生成网状组织,大幅提高复合涂层与钢基体的结合强度。从洛氏压痕裂纹扩展形貌分析,涂层表面未发生明显变形,裂纹开口平整,断裂处出现较多的碎片,属于脆性断裂。裂纹扩展的位置在硬质相WC颗粒和富W相。