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随着现代工业的快速发展和大批具有高硬度、高强度的新型工程材料的出现,对这些新材料的加工工具的材料强度提出了新的挑战。在粉末涂料行业,传统的表面淬火及氮化技术已经不适应处理其挤出机螺杆的工作强度,需要寻找可以获得更好耐磨性的产品的表面处理工艺。热喷涂WC-Co(Cr)系列涂层具有极高的硬度和耐磨性,并且理论上可以通过细化晶粒到纳米级别而进一步强化涂层,但由于热喷涂的工艺性质,如何降低喷涂过程中纳米粉末的氧化分解程度一直是一个难题。空气助燃超音速火焰喷涂(activated combustion high velocity air fuel,HVAF)技术具有极高的粒子飞行速度和相对较低的火焰温度,可以较好地抑制粉末的脱碳分解反应,但对该技术的研究多集中在微米级涂层方面,对于制备纳米级涂层还没有系统、成熟的研究。因此本文从HVAF技术制备纳米涂层的方面进行试验,采用宏观粒径一致、但内部具有不同结构及WC粒度的一系列WC-10Co-4Cr粉末制得涂层,再进一步测试这些涂层的成分、组织和力学性能的差异,分析不同的WC粒度对涂层的脱碳机理和磨损机制的影响,最后综合各方面实验结果得到最适合实际应用的涂层。本文首先使用微米级、亚微米级、纳米级和微-纳双峰WC-10Co-4Cr粉末分别制备了涂层,然后测试了各涂层的相成分、微观组织形貌、显微硬度、结合强度、断裂韧性及摩擦实验磨损量等,再进一步对涂层的脱碳氧化机制、抗磨粒磨损性能和磨损机制进行了分析。实验结果显示,HVAF制备的WC-10Co-4Cr涂层致密度很好、孔隙率低、与基体结合力高,耐磨性能比现在业界常用的粉末涂料挤出螺杆的表面处理方式有极大提升,在与表面淬火Cr12MoV的对比试验中,HVAF涂层的磨损率比表面淬火Cr12MoV降低达83.5~92.3%。在四种涂层中,单一结构的纳米涂层由于粉末比表面积很大、活性很高,在喷涂中脱碳分解率较高,性能相比微米涂层虽有提高,但不明显。微-纳双峰涂层由于其特殊的双峰复合结构,WC和金属相分布均匀、表现出很好的配合,综合性能最为优秀。微-纳双峰涂层相比常规微米涂层,硬度提高10.60%,断裂韧性提高24.20%,磨损量降低38.9%,并且具有更好的致密度和更低的脱碳分解率,是很适合应用于强磨粒磨损工作环境的高性能表面处理涂层。