在工农业生产中，因磨损而造成的材料消耗、能源消耗成为制约生产发展的严重障碍之一，在各种磨损中磨粒磨损约占磨损总量的50%。目前，通过在部件易磨损部位表面形成耐磨复合层材料，已成为提高部件耐磨性的一个重要手段。目前制备具备一定工程厚度要求的耐磨复合层主要有堆焊、钎焊、激光熔覆、铸造表面合金化、粉末冶金等几种方法，通过这些方法能够在部件表面制备具有高耐磨性的复合材料，从而增强部件表面的耐磨性，提高部件的使用寿命。本研究受到某些土壤动物体表非光滑几何特征具有减磨、耐磨特性的启示，应用放电等离子烧结(SPS)工艺，选取具有优良塑性的Cu基合金作为复合层基体，硬质点WC颗粒作为增强相，在碳钢表面形成WC Cu基合金耐磨复合层，在两体静载荷磨粒磨损条件下，高硬度、耐磨WC颗粒镶嵌在高塑性的Cu基合金基体中，共同抵抗磨粒的磨削，表现出某些土壤动物体表非光滑几何特征所具备的优良减磨、耐磨特性。SPS是一种快速烧结新工艺，将瞬间、断续、高能脉冲电流通入装有粉末的模具上，在粉末颗粒间即可产生等离子放电,导致粉末的净化、活化、均化等效应。SPS具有加热均匀、烧结温度低，烧结时间短，可获得细小、均匀的组织、高致密度材<WP=60>料的特点，可以在碳钢表面形成厚度由几毫米到十几毫米任意调节的复合层。目前，应用SPS工艺制备WC Cu基合金非光滑耐磨复合层，未见其它研究报道，本文具体开展如下研究工作：首先利用正交实验法优化放电等离子烧结制备复合层的的工艺参数，确定具有较佳耐磨性的复合层的基体合金种类以及WC硬质颗粒的含量和几何尺寸。优化结果为：合适的SPS工艺参数为：轴向烧结压力：30Mpa， 以150℃/分钟的加热速度将模具升温到700℃，保温5分钟。耐磨性较佳的材料组分为：Cu基40合金粉，WC颗粒粒度为45~55目，质量百分含量为50%。其次，对复合层的组织结构进行研究，结果表明：（1）应用放电等离子烧结工艺制备的WC Cu基合金耐磨复合层强化低碳钢试样，通过光学显微镜观察，在复合层中，WC颗粒均匀分布于铜基合金基体中，铜基合金组织了晶粒细小、均匀，与WC颗粒结合紧密，复合层中未见明显孔隙。（2）在复合层与碳钢构成的系统中，存在着WC颗粒与基体合金界面和两种界面基体合金形成清晰可见的过度层，铜锌合金充满于之间，与WC颗粒接触界面上未见孔隙，另外，复合层基体合金与低碳钢结合界面也清晰可见，二者之间也存在明显的过度层，扫描电镜能谱分析表明以上两种结合界面均有一定元素扩散，有轻微的冶金反应。（3）通过对复合层进行X射线衍射分析，结果表明复合层的物相组成包括：WC、WC2、锌在铜中固溶体α相以及电子化合物CuZn为基的固溶体β相。最后，本文对WC Cu基合金非光滑耐磨复合层的磨粒磨损行为进行了深入研究，并队其耐磨机理进行探讨，得到以下结论：（1）放电等离子烧结工艺制备的WC Cu基合金非光滑耐磨复合层，WC颗粒粒度为45~55目，质量百分含量在小于50%范围内，复合层的孔隙率在5%以内，复合层致密性好，在这个范围内，随着WC颗粒百分含量的增加，复合层耐<WP=61>磨粒磨损性能增强，WC颗粒百分含量为50%时，复合层的耐磨性为淬火45钢的16倍。（2）不同目数、WC质量百分含量为50%的WC/Cu基复合层，在磨粒磨损试验中，在磨粒尺寸等磨损条件一定的情况下，复合层耐磨性随载荷的增加而降低；在载荷等磨损条件一定的情况下，复合层耐磨性随磨粒尺寸的增加而降低，磨粒的粒度对复合层的磨粒磨损性能的影响存在一临界值，本研究中此临界值的范围为74~100μm。（3）WC颗粒质量百分数固定为50%，WC颗粒粒度为45~55目的复合层的耐磨粒磨损性能高于WC颗粒粒度为60~75目和80~100目的复合层，说明SPS工艺制备颗粒增强复合材料，在一定程度上能够克服硬质颗粒粒度大、含量高而导致复合层致密性差、耐磨性低的缺陷。（4）WC/Cu基合金非光滑耐磨复合层的磨粒磨损失效形式表现为，铜锌合金基体受到磨粒的犁削后在表面产生的犁沟以及WC硬质颗粒的疲劳断裂和整体脱落。（5）WC/Cu基复合层中组织细小、均匀的铜锌合金基体具有优良的塑性，并与硬质颗粒WC之间形成结合性能良好的界面，在磨粒磨损过程中，起到稳固硬质颗粒，吸收能量，减缓冲击的作用。 （6）WC/Cu基复合层中高硬度、高强度的WC颗粒突出在复合材料表面承受载荷，阻止了磨粒的挤压和刺入，并使磨粒棱角钝化，减轻或阻止磨粒对材料表面的切削。（7）具有非光滑结构单元（WC颗粒）的复合层表面使参与复合材料磨损的磨粒改变运动方向，使之由滑动变为滚动，产生有利于减小切向力的法向微振动，减少磨粒和复合材料的接触面积和作用时间，从而大大减轻了磨粒对复合材料表面的损伤。以上研究表明通过放电等离子烧结工艺制备的WC/Cu基合金非光滑耐磨<WP=62>复合层，由于采用先进的制备工艺，可以获得组织性能优异的复合层材料，复合层在磨损过程中形成的非光滑表面，具有显著的耐磨特性。该材料用于强化低应力磨粒磨损工况条件下的部件表面，具有广泛的应用前景。