高温磨损是热作模具、热轧辊、发动机缸套、气门座等重要机械设备和零部件的常见失效形式。通过激光熔覆工艺制备的Co基耐磨合金涂层可以延长这类机械零部件的服役寿命,随着工业生产的大规模化和技术更新换代的进一步加快,上述机械设备与零部件的服役状态变得更加苛刻,因此要求材料具有更加优异的力学性能、抗氧化性能和耐磨性能,特别是耐高温磨损性能,才能保障机械设备和零部件的稳定长效运行。因此,单一的Co基合金涂层已经难以满足严苛的工况要求,研发高性能耐高温磨损和氧化的复合涂层成为现代制造业迫切的需要。已有的生产实践和科学研究显示,通过激光熔覆工艺将WC合金粉末作为强化相添加到Ni基合金涂层中可以增强熔覆层的耐磨性,近年来采用激光熔覆方法在Co基合金中添加强化相WC制备WC/Co耐高温磨损涂层的研究虽有一些报道,但与Ni基合金涂层相比,研究工作还不充分,特别是关于WC/Co-Cr复合涂层的熔覆工艺优化与高温环境下的涂层性能变化规律的研究则更为少见,因此,探索高品质耐高温磨损的WC/Co-Cr复合涂层的制备技术和揭示涂层的耐高温磨损与氧化机制是一项具有科学意义和应用前景的工作。本文的主要工作体现在:激光熔覆工艺参数的优化,使用YAG固体激光器LMY1500在45钢基体熔覆WC/Co-Cr复合涂层,选择电流I、频率F、脉冲脉宽PW、扫描速度V四个参数作为变量,设计了四因素三水平正交试验,对涂层熔覆效果进行了评分,得到了熔覆工艺参数对熔覆效果的影响顺序依次为:电流的影响最显著,其次为频率,再次为扫描速度,脉冲脉宽的影响最小。选用10wt.%WC熔覆粉末,激光熔覆工艺最佳参数组合是:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1 ms,扫描速度8 mm/s。选用20wt.%WC的熔覆粉末,激光熔覆工艺最佳参数组合为:电流380 A,频率40 Hz,脉宽1.5 ms,扫描速度6 mm/s。随着WC含量的增加,激光脉宽应增加,而激光扫描速度应该适当降低。采用SEM、TEM、XRF、XRD、EDS、XPS等分析方法对WC/Co-Cr复合涂层的组织和物相做了表征。指出经过激光熔覆处理后,复合涂层与原始合金粉末对比,相组成产生了变化,熔覆过程中有金属间化合物和碳化物等强化相的生成;且合金元素在熔覆界面的分布呈现出梯度变化,与基体形成了冶金结合,有利于复合涂层性能的改善。复合涂层的显微组织是Co-Cr固熔体上分布着WC以及少量的Cr7C3、Cr23C6等强化相;熔覆层的硬度由表层至基体逐渐降低,表层最高硬度可达HV1160。采用滑动磨损方式研究了激光熔覆WC/Co-Cr涂层的常温滑动磨损特性,通过比较涂层在不同条件下的磨损失重、摩擦因数变化以及磨损面的微观形貌,揭示了复合涂层的常温磨损机制为典型的磨粒磨损,得到了随涂层中WC含量的提高,涂层平均摩擦因数减小,磨损量和磨痕数量大幅减少,但当WC增加到20 wt.%以后,涂层脆性也不断加大,表面微裂纹的增多将不利于涂层综合性能的提高的结论。利用MMU-5G型高温磨损试验机研究了复合涂层的高温磨损特性,利用SEM观察和分析了样品磨损面的形貌,利用XPS分析了样品磨损面的主要元素价态,利用铁谱分析仪分析了磨屑的形态,结合磨损面的微观成分分析提出了复合涂层的高温磨损机制。发现复合涂层的磨损机制随着温度的提高而变化,当磨损试验温度在室温(RT)至200℃时,复合涂层的磨损机制存在磨粒磨损和粘着磨损两种机制;在200～500℃时,磨损机制转化为轻微擦伤和氧化磨损共同作用;在600℃时磨损机制主要为塑性涂抹。同时指出了 WC/Co-Cr复合涂层比热作模具钢H13具有更优异的耐高温磨损性能。采用600℃静态氧化方式,结合DSC和形貌分析,研究了复合涂层的抗高温氧化特性,发现激光熔覆复合涂层显著提高了 H13钢的高温抗氧化性能,表现为H13钢熔覆后氧化增重量及氧化速度明显下降,氧化速度常数kp从0.0109下降至0.0014。WC/Co-Cr合金熔覆层在高温氧化前的显微硬度高达HV1160,明显高于H13钢,高温氧化试验后复合涂层的显微硬度降至HV650仍然高于H13钢的200。H13钢高温氧化后出现较多的Fe203相。WC/Co-Cr合金熔覆层主要由ε-Co、CW3、Co6W6C、Cr23C6和Cr7C3组成,氧化试验后ε-Co相转变为α-Co相,碳化物具有较高抗氧化性,在600℃的氧化试验过程中其物相保持不变。