WC-Co硬質合金由高熔點碳化物WC作為硬質骨架，輔以過渡族元素Co作為軟質相，是全球應用最廣泛的粉末冶金產品之一。WC-Co硬質合金與鈦合金的熱膨脹系數與相近，其作為增強相是降低材料熱錯配引起拉應力的有效方法。因此，WC被認為是改善鈦合金表面性能的理想材料。一種傳統的改善鈦合金性能的表面處理方法是采用HVOF噴涂技術沉積制備金屬基陶瓷復合涂層。然而，由于與大氣環境中的氧氣直接接觸，高溫下氧化作用造成WC脫碳生成CO2氣體，在快速冷卻過程中氣體無法及時逸散而保留在涂層中形成氣孔，對涂層與基體的結合力有強烈的負面影響。現階段迫切需要找到一種表面處理技術，在不影響涂層與基體的結合力的同時提高鈦合金表面耐磨性能。

長安大學陳永楠教授團隊設計并在鈦合金表面采用激光熔覆技術制備了一種WC-Co金屬基陶瓷復合涂層，有效避免了涂層中氣孔的形成，同時WC-Co涂層與基體冶金結合從而提高了鈦合金表面的耐磨性能。相關論文以題為“On enhancingwear resistance of titanium alloys by laser cladded WC-Co composite coatings”發表在International Journal of REFRACTORY METALS & HARD MATERIALS。

研究成果來自于長安大學輕合金表面強化研究團隊，該團隊長期從事鋁、鎂和鈦合金等表面激光表面處理、微弧氧化及特種電鍍等技術研究及裝備研制。論文第一作者為長安大學副教授姜超平和張珺碩士，通訊作者為長安大學陳永楠教授和李堯及張鳳英教授，合作者還包括長安大學趙秦陽博士，西部鈦業有限責任公司的侯智敏教授，中國石油天然氣集團公司管材研究所的朱麗霞教授，及西北有色金屬研究院的趙永慶教授等。

論文鏈接：https://doi.org/10.1016/j.ijrmhm.2022.105902

本研究在鈦合金表面通過激光熔覆技術制備了WC-Co金屬基陶瓷復合涂層，全面研究了復合涂層的相組成、顯微組織演變、顯微硬度和磨損行為。研究表明，致密化程度較高的WC-Co復合涂層與基體之間存在良好的冶金結合。此外，在2000 W激光功率下，由于良好的冶金結合和復合涂層的精細組織的協同作用，獲得了相當高的顯微硬度，高達1536 HV0.5，磨損率為1.5 g/h。根據研究結果，建立了激光熔覆WC-Co復合材料的工藝-結構-性能規律性關系。

圖1 (a) 1400w WC-Co復合涂層的BSE圖像和相應的EDS測量結果;(b) ~ (c)不同區域成分的定性EDS分析(點模式)。

圖2 (a) ~(d) 殘余WC晶粒形貌;(e)殘余WC晶粒粒徑分布統計結果。

圖3 復合涂層表面磨損形貌:(a) 1400 W;(b) 1600 W;(c) 1800 W;(d) 2000 W。

本研究設計了一種采用激光熔覆WC-17Co球形粉末提升鈦合金性能的表面處理新方法。在鈦合金表面形成了與基體冶金結合，且耐磨性優異的金屬基陶瓷復合涂層。例如，激光功率2000 W時涂層顯微硬度高達1536 HV0.5，磨損率為1.5 g/h。預計激光熔覆工藝可以應用于鋁、鎂合金等輕合金的表面強化處理并廣泛的在工程領域得到應用。