利用表面改性技术,在磨损部件表面熔覆具有较高耐磨性的金属基复合材料涂层成为高磨损领域修复部件、延长零件使用寿命的重要途径。本文利用钨极氩弧作为热源,熔覆预涂在普通低碳钢表面的合金粉末,制备出TiC、VC、Cr7C3增强的铁基复合材料熔覆层,并对熔覆层的微观组织、硬度、相组成及磨损性能等进行了系统分析,研究了影响熔覆层组织及性能的因素及规律。合金粉末成分、预涂层厚度、焊接电流、熔覆速度、熔覆层数等影响熔覆层的成形和耐磨性能。根据熔覆粉末的熔点不同以及以往实验累积的经验,熔覆采用直径为3.0mmm含2%钍钨极,电流140-160A,电压15-20V,氩气流量8L/min(氩气纯度大于99.9%),熔覆速度以看到明显的熔池为准。本文主要研究各合金粉末熔覆层的组织、硬度和耐磨性,预涂合金粉末组分是钨极氩弧熔覆原位合成颗粒增强铁基熔覆层的关键。研究结果显示所得熔覆层具有良好成形,均无裂纹、气孔等缺陷,并与母材界面结合良好。采用钛铁和石墨粉末制备熔覆层,其显微组织中存在均匀弥散分布的带棱角的TiC颗粒增强相。熔覆层表层硬度可达52.4HRC。由于TiC对Fe基体的润湿性较差,制备多层多道熔覆层时较困难。采用铬铁和石墨粉末制备熔覆层,选择两种合金粉末配比(高铬和低铬),两者均可看到明显的网状组织。由基体开始,熔覆层由胞状枝晶向等轴晶转化,中部等轴晶组织较细小。高铬熔覆层的组织较细密,其洛氏硬度值(54.1HRC)大于低铬熔覆层(53HRC)。对高铬熔覆层进行X射线衍射分析,结果显示熔覆层中存在Cr7C3增强相。采用铬铁和钛铁的复合添加,可有效降低熔覆时的输入热量,减小熔覆过程中母材变形的可能性。以Ti元素为主的熔覆层中弥散分布着块状、三角状及花瓣状的颗粒物相,基体组织为铁素体和层片间距较小的珠光体,熔覆层平均硬度为54.3HRC。XRD结果显示,熔覆层中存在带棱角的TiC,而没有Cr7C3,Cr元素主要固溶于Fe基体中起到固溶强化的作用。以Cr元素为主的熔覆层,显微组织中存在相对较少的TiC颗粒和不连续的网状Cr7C3,其洛氏硬度较小,为52.1HRC。采用正交实验优化设计,得到钛铁、铬铁、钒铁和石墨的最优粉末配比。显微组织图中可见白亮细小颗粒状物相及网状组织,颗粒的形状比较圆滑。XRD结果显示,熔覆层中存在TiC、Cr7C3和VC相,基体为铁素体和珠光体组织。其表层硬度值为56HRC,与正交试验理论值比较符合。从表层至过渡区,熔覆层显微硬度呈现逐渐降低的趋势。多层多道熔覆后的试样硬度可达60HRC,是母材硬度的两倍以上。摩擦磨损试验中熔覆试样均采用多层多道熔覆方法。各熔覆层表面随着磨损时间的延长,磨损量呈逐渐降低的趋势。通过对磨损后熔覆层的磨痕观察分析,熔覆层基体金属的磨损主要是显微切削,磨痕形貌表现出磨粒磨损特征。钛铁+石墨粉末熔覆层随着磨损时间的延长,熔覆层中带棱角的TiC颗粒脱落,形成了大小不等的凹坑,加之磨粒对摩擦面进行显微切削,试样磨痕呈现短而浅的小犁沟及分散的点坑,耐磨性较差；铬铁(高铬)+石墨熔覆层中的犁沟短而浅,连续网状Cr7C3加之Cr的固熔强化机制很好得阻碍了磨粒对熔覆层的显微切削,起到增强耐磨性的作用,耐磨性较好；钛铁+铬铁+石墨粉末熔覆试样中,不连续网状Cr7C3加之带棱角TiC颗粒的存在,熔覆层磨痕主要为较宽而浅的犁沟,未见明显的TiC颗粒剥落后形成的凹坑,其耐磨性介于上述两者之间。优化粉末熔覆试样中可见少量的暴露于磨损面的增强相颗粒,圆滑颗粒TiC、VC和不连续网状Cr7C3阻碍摩擦的过程,加之Cr、V对基体的强化作用,使试样磨损率较小,其耐磨性最好。