镍基合金覆层在软磨料磨损条件下,可以表现出较高的耐磨性,覆层兼具一定的耐热、耐腐蚀和抗氧化等性能,但覆层在硬磨料及复杂磨料磨损条件下的耐磨性较低。为提高镍基合金覆层在硬磨料磨损条件下的耐磨性,本文选用镍基合金Ni25、Ni45、Ni60作为熔覆基体材料,将铸造碳化钨和单晶碳化钨作为增强相,采用等离子熔覆技术在Q235钢板上制备镍基碳化钨熔覆层。主要对镍基碳化钨熔覆层制备工艺、碳化钨的合适添加量、不同碳化钨对镍基合金熔覆层组织及性能的影响进行研究。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱分析仪、X射线衍射、超景深三维显微镜、硬度计、磨料磨损试验机等相关设备对熔覆层的组织及性能进行表征和测试。分析和研究镍基碳化钨熔覆层组织演变规律和对熔覆层耐磨性的影响机制。试验结果表明,在Ni45合金粉末中加入质量分数60%铸造碳化钨时,优化得到镍基碳化钨熔覆层的制备工艺参数为:等离子熔覆电流120A、送粉速度25g/min、离子气流量4L/min。在Ni45合金粉末中,分别加入质量分数50%、60%、70%的铸造碳化钨。结果表明:由于增强相碳化钨的密度远高于镍基合金的密度,铸造碳化钨颗粒在熔覆层中出现分层现象。随着碳化钨加入量的增加,熔覆层中硬质相增多,对镍基体的保护作用增强,但当碳化钨加入量为70%时,碳化钨与镍基体的结合程度较弱。在硬磨料磨损下,部分碳化钨连同镍基体被磨料切出,不能有效保护镍基体。在两种粒径磨料磨损条件下,加入质量分数60%铸造碳化钨的镍基熔覆层都表现出最好的耐磨性能。由于碳化钨在熔覆层中发生溶解,部分碳化钨溶解后尺寸较小,在粗磨料磨损下不能有效阻碍磨料对镍基体的切削,磨料对镍基体和碳化钨的磨损程度增加,因此熔覆层在粗磨料下的磨损失重较细磨料显著增加,耐磨性明显下降。为了进一步研究铸造碳化钨对不同镍基合金的增强效果,分别在Ni25、Ni45、Ni60合金粉末中加入质量分数60%的铸造碳化钨。结果表明:碳化钨颗粒在Ni25合金熔覆层中溶解程度较小,且与镍基体结合良好,Ni45和Ni60合金中由于存在大量的铬,铬在熔覆过程中促进碳化钨的溶解,且在熔覆层中生成大量脆性的二次碳化物,严重影响熔覆层的耐磨性,故在两种粒径的磨料磨损下,Ni25合金熔覆层加入铸造碳化钨后都表现出最好的耐磨性。为了研究硬质相碳化钨的不同对镍基合金的增强效果,分别在Ni25、Ni45、Ni60合金粉末中加入质量分数60%的单晶碳化钨。结果表明:单晶碳化钨在镍基合金熔覆层中的溶解程度极小,与镍基体的结合程度较弱,在磨损过程中镍基体被硬磨料切削后,裸露的单晶碳化钨颗粒缺少基体有效的支撑,很快被硬磨料整体拔出,对镍基体的保护作用减弱,熔覆层耐磨性较铸造碳化钨相比严重下降。Ni25合金中由于不存在碳化物形成元素铬,熔覆层中碳化钨的体积分数较大,在两种粒径磨料磨损条件下,耐磨性相对Ni45、Ni60熔覆层都较高。