碳化钨颗粒增强碳钢TIG熔覆层研究：微观结构特性与耐磨性评估

本研究针对碳钢表面耐磨性提升需求，来自未知机构的研究人员通过钨极惰性气体保护焊（TIG-cladding）技术制备碳化物（TiC/Cr3C2/WC）增强金属基复合材料表层，发现WC与TiC颗粒可显著提升焊接致密性和耐磨性，使材料耐磨耐久性提高90-95%，为工业耐磨部件表面改性提供新策略。

　　

本研究采用钨极惰性气体保护焊（Tungsten Inert Gas Cladding, TIG-cladding）技术，在碳钢表面制备碳化物颗粒增强的金属基复合材料（Metal Matrix Composite）层，以提升其耐磨性能。实验对比了三种碳化物（TiC、Cr₃C₂和WC）的增强效果，通过光学显微镜（OM）、X射线衍射（XRD）和扫描电镜-能谱分析（SEM-EDS）对宏观及微观结构进行解析，并结合硬度测试与磨耗实验评估耐磨性。

研究发现，碳化物类型显著影响复合焊道的形态与质量：TiC与Cr₃C₂组呈现椭圆形焊道，而WC组焊道则具有深熔透和高凸起特征。焊道区域包含热影响区、部分熔化区、界面区及复合材料区。通过马兰戈尼力（Marangoni Force）与焊区形态的综合评估，提出了碳化物在焊道中的增强机制。TiC与WC增强的复合焊道形成马氏体基体与颗粒增强相共存结构，而Cr₃C₂则溶解于焊道中，形成奥氏体-马氏体基体内的Fe-Cr-C稳定相。基体晶粒尺寸受碳化物溶解能力影响而呈现差异。

Cr₃C₂组虽硬度最高，但易因磨耗损伤；TiC与WC组因增强颗粒在金属基体中的保留，显著提升焊道致密性与结合强度，从而表现出优异的耐磨性。最终，该金属基复合材料表层较普通钢耐磨耐久性提升90–95%。