机械合金化表面处理技术作为一种新的涂层制备方法已广泛应用于金属互溶材料体系涂层的制备，然而关于机械合金化金属非互溶材料体系涂层的制备国内外目前尚无相关报道。基于此，本文开展了机械合金化纯铜基体表面W-Cu复合涂层制备的研究。实验首先分别研究了不同球磨时间和不同球磨转速对W-Cu复合涂层制备的影响，并对涂层形成的过程进行了合理的探讨。基于优化的球磨时间和球磨转速，探讨了钨铜粉末配比对涂层的组织及性能的影响。研究表明，适量的塑性Cu粉的添加，能显著改善粉末的冷焊能力，有利于获得性能优越的涂层，并能在一定程度上增加涂层的厚度。实验利用光学显微镜，X射线衍射仪，扫描电子显微镜和能谱仪等检测手段对制备的涂层进行了显微组织形貌、化学成分和物相分析，并进行显微硬度测试、划痕和摩擦磨损实验来检测涂层的性能。为了获得表面硬度更高且具有一定成分梯度的W-Cu复合涂层，实验在制备W-30wt.%Cu单层涂层的基础上，通过改变粉末配比，分别进行二次、三次球磨，探讨了逐级添粉工艺制备W-Cu复合梯度涂层的可行性。结果表明，经过三次球磨后，纯铜基体表面成功得到了致密、均匀，平均厚度达~92μm且具有一定成分梯度的三层W-Cu复合梯度涂层。涂层表面具有最大显微硬度，硬度值达HV0.1212，约为纯铜基体的3倍之多。涂层平均摩擦系数约0.5，磨损量约2.8mg，均明显低于纯铜基体，涂层的形成大大提高了纯铜基体的抗摩擦磨损性能。本文还重点探讨了机械合金化扩展非互溶材料体系固溶度的机理和机械合金化金属非互溶材料体系涂层制备的机理。