为了提高 AISI 1045 钢的表面性能，采用激光熔覆技术制备了高性能复合硬质合金增强涂层。具体来说，开发了 （Nb，M）C （M = Ti、V 和 Zr） 增强 Ni-WC 涂层。通过第一性原理计算和实验方法的结合，研究了各种复合碳化物对涂层微观结构和性能的影响。最初，使用第一性原理计算构建 （Nb，M）C （M = Ti、V 和 Zr） 的微观结构，并确定了这些复合碳化物的微观机械和电子性能。研究了不同掺杂元素对复合碳化物性能的影响。随后，设计了原位合成系统来制造复合涂层。使用 XRD、SEM 和 EDS 技术证实了在激光熔覆涂层中合成复合碳化物 （Nb，M）C （M = Ti、V 和 Zr） 的可行性。此外，还分析了复合碳化物的形成机制。在不同元素掺杂条件下，复合涂层中的增强相表现出不同的晶粒形貌，其中 （Nb0.5Ti0.5）C 晶粒表现出最佳的粒径和密度。在每种涂层的 WC 界面处观察到微合金化界面，表明 WC 和 FCC 基体之间存在牢固的结合。WC 的存在还提高了周围相结构的细度。由于动力学和热力学的差异，在 （Nb0.5Ti0.5）C 涂层中观察到 （Nb0.5Ti0.5）C 核和 WpC 壳的核壳结构。摩擦磨损测试表明，这种芯壳结构有助于减轻增强相和基体之间的裂纹敏感性。 硬度分析表明，（Nb0.5Ti0.5）C、（Nb0.5V0.5）C和（Nb0.5Zr0.5）C涂层的平均硬度分别为62.89 HRC、60.91 HRC和58.27 HRC。其中，（Nb0.5Ti0.5）C 对 AISI 1045 钢的硬度提升最为显著，提高了 3.51 倍。在摩擦和磨损试验中，（Nb0.5Ti0.5）C 涂层表现出最佳的耐磨性。发现涂层的主要摩擦磨损机制是粘着磨损、氧化磨损和轻微磨料磨损。这些研究结果为利用激光熔覆制备高性能复合碳化物增强涂层提供了理论依据。



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