航空发动机、燃气轮机和高速列车等设备零部件要求材料在室温到高温范围内具备低的摩擦系数和高的耐磨性。近年,实现材料在高温、高载和高速等复杂工况时的低摩擦磨损已成为摩擦学和材料领域的前沿问题与研究热点。合理的运用多种润滑剂之间的协同效应是实现室温到高温润滑的有效方法之一。但是,润滑剂与基体材料之间的不匹配以及润滑剂过量的添加均会导致材料性能降低,加剧磨损。为了提高材料的耐磨性能,国内外在提高材料硬度和韧性、降低摩擦系数的摩擦学理论基础上,开发了碳化物、氧化物、氮化物等高硬度耐磨材料,并通过添加有机、无机低摩擦系数润滑剂降低摩擦系数。本项目为了解决WC金属陶瓷涂层韧性低的问题,设计了双峰WC-Co涂层,并通过润滑剂原位生成、软金属添加及表面织构化设计以降低摩擦系数,从而改善涂层宽温摩擦磨损性能,最终提出了一种新型宽温域自润滑材料的设计与制备方法,其主要研究内容如下:首先,利用纳/微米WC颗粒制备双峰WC-Co涂层,研究了双峰WC-Co强韧性、宽温域摩擦磨损及氧化性能,并对其增强增韧机理、摩擦磨损机制和氧化机制进行分析。研究结果表明:双峰WC-Co涂层与传统微米WC-Co涂层相比更致密,并且其硬度（1164.32±96.13 HV0.1）和断裂韧性(11.53±1.42 MPa?m^1/2)更高。随着测试温度的升高,双峰WC-Co涂层摩擦系数逐渐减小,磨损率先降低后增加。特别是当测试温度为450℃时,磨损率低至3.16±0.22×10^-6mm³?N^-1?m^-1,此时摩擦系数为0.49±0.04。双峰WC-Co涂层的氧化激活能为92.26k J?mol^-1,氧化初始阶段O优先与η相中的W元素发生反应生成WO₃,此时氧化速率缓慢(2.84×10^-4mg²·cm^-4·h^-1),保温20min后涂层氧化速率加快(9.22×10^-3mg²·cm^-4·h^-1)。纳/微米WC颗粒结构实现了WC-Co涂层的高强韧性,纳米WC的存在使涂层高温摩擦时具备生成连续性WO₃摩擦膜的能力,从而使涂层具备良好的高温摩擦磨损性能。其次,借助热处理法原位生成润滑相WO₃对双峰WC-Co涂层宽温摩擦磨损性能进行改善。通过研究发现,经不同温度+保温时间处理,450℃保温4小时后涂层硬度达到最大（1261.75±36.27 HV0.1）,常温摩擦系数最小（0.47±0.02）,磨损率最低(3.95±0.42×10^-6mm³?N^-1?m^-1)。此时,涂层中WC:WO₃:Co WO₄质量比为84.2:13.3:2.5。在不同摩擦温度下,涂层热处理后摩擦磨损性能均优于处理前,其摩擦系数稳定在0.47,而磨损率在450℃时达到最低(2.41±0.27×10^-6mm³?N^-1?m^-1),随后随着测试温度的升高磨损率增加。热处理法通过在涂层表面预先制备润滑相WO₃改善了涂层的微结构、力学性能,摩擦时预制备氧化膜的存在使涂层在初始阶段处于润滑状态,提高了摩擦磨损性能。再次,通过掺杂软金属Cu改善双峰WC-Co涂层宽温域摩擦磨损性能。研究发现,随着Cu含量的增加涂层的硬度先增大后减小,在Cu的添加量为4.0wt.%时硬度达到最大（1254.78±66.17 HV0.1）。在室温下摩擦时,含Cu涂层在磨痕表面形成润滑Cu膜,随着Cu添加量增加,涂层的摩擦系数和磨损率先减小后增大,在Cu的添加量为4.0wt.%时,摩擦系数和磨损率均达到最低值,分别为0.47±0.02和3.38±0.25×10^-6mm³?N^-1?m^-1。Cu的添加量低于4.0wt.%时,磨损机制是微切削,高于8.0wt.%时,磨损机制是疲劳磨损。在不同温度下,含Cu（4.0wt.%）涂层摩擦系数较稳定（～0.5）,磨损率较低(～3×10^-6mm³?N^-1?m^-1)。涂层中掺杂软金属Cu,利用Cu的低剪切强度和高温“流动”性在涂层表面形成润滑Cu膜,提高了涂层在宽温范围的摩擦磨损性能和抗氧化性。最后,基于表面织构化设计理念,制备出含四边形网格织构化的双峰WC-Co涂层,再辅以软金属Cu填充形成WC/Cu自润滑织构涂层,并对其摩擦磨损性能进行研究。研究发现,常温摩擦时,WC/Cu自润滑织构涂层的摩擦系数和磨损率低,分别为0.47±0.06和3.52±0.25×10^-6mm³?N^-1?m^-1,与传统涂层相比分别降低了30.88%和25.74%。在不同温度摩擦时,WC/Cu自润滑织构涂层均具有较低的摩擦系数（～0.45）和磨损率(～3×10^-6mm³?N^-1?m^-1)。在摩擦过程中,网状的软质相Cu可在WC-Co表面形成润滑Cu膜降低摩擦,并在高温时对WC起到保护作用;硬质相WC-Co保证涂层具备较高的承载能力。此外,WC-Co磨屑可与软质相Cu复合形成硬质层,改善涂层耐磨性。表面织构化设计通过软硬相的相辅相成既保证了硬质相高温时的承载能力,又使磨痕面具备连续的润滑膜,实现了WC/Cu自润滑织构涂层的宽温范围的减摩耐磨特性。