1 引言

WC‑Co 硬质合金兼具高硬度、高弹性模量与优异耐磨耐冲蚀性能，广泛应用于矿山机械、能源装备、工程机械关键零部件的激光熔覆表面强化领域。商用 WC‑Co 粉末多采用球磨混合‑喷雾造粒工艺制备，由于 WC 硬质相与 Co 粘结相密度差异显著，粉末颗粒表面 Co 相离散分布。在激光熔覆超快加热‑快速凝固非平衡冶金条件下，易出现液相铺展不良、Co 局部富集、WC 颗粒溶解失稳等现象，诱发涂层内部孔隙、微裂纹、界面结合强度不足等质量问题，限制涂层服役寿命。

传统化学镀 Co 工艺普遍以 Pd 盐作为活化催化剂，贵金属钯推高制粉成本，同时带来废液处理压力。针对上述痛点，本文提出浸渍‑还原预负载纳米 Co 催化种子 + 无钯自催化化学镀的复合改性路线，在原始 WC‑12Co 粉末表面构建连续金属 Co 外壳，制备核壳型 WC‑18Co 复合粉末，不依赖钯活化，实现粘结相在颗粒表面均匀预置，研究粉末包覆质量对激光熔覆涂层微观组织与力学摩擦性能的作用机制。

2 试验材料与方法

2.1 试验原料

基体粉末选用商用 WC‑12Co 烧结破碎粉末，粒度区间 30‑60 μm；钴源选用六水合硝酸钴，用于浸渍前驱体制备；化学镀液采用碱性钴盐镀液体系。对照组采用机械混粉制备同总钴含量 WC‑18Co 粉末。

2.2 Co 包覆粉末制备流程

1）浸渍‑还原预活化：将 WC‑12Co 粉末浸渍硝酸钴前驱体溶液，充分浸润后干燥；在 Ar/H₂还原性气氛下 600 ℃保温 1 h，在粉末颗粒表面生成纳米金属 Co 催化种子，设置 0.05 wt.%、0.10 wt.%、0.15 wt.%、0.20 wt.% 四组理论种子负载梯度。2）无钯自催化化学镀：镀液温度 80 ℃，体系 pH=12，搅拌转速 200 r・min⁻¹，在预活化粉末表面沉积金属 Co 镀层，目标镀层增重 6 wt.%，最终得到 WC‑18Co 核壳包覆粉末。镀后充分水洗、固液分离、真空干燥。

2.3 激光熔覆及表征测试

采用激光熔覆工艺制备试样，对涂层横截面取样镶嵌、研磨抛光。采用扫描电镜观察粉末形貌、涂层显微组织；采用 EDS 面扫描分析 Co、W、C 元素分布；维氏硬度计测试涂层显微硬度（HV₀.₅）；摩擦磨损试验机开展干摩擦测试，采集摩擦系数，评价涂层摩擦学性能。

3 粉末包覆质量及工艺参数影响

催化种子负载量直接决定化学镀成核方式与镀层完整性。1）负载量 0.05 wt.%：表面催化活性位点数量不足，化学镀反应驱动力弱，镀层断续，局部颗粒无 Co 包覆，镀层覆盖率不足。2）负载量0.10 wt.%：粉末表面弥散分布平均粒径 91 nm 纳米 Co 催化种子，成核位点密度适中；化学镀反应平稳进行，形成连续致密完整 Co 外壳，游离态 Co 颗粒极少，元素面分布显示 Co 相完整包裹 WC‑Co 内核，无明显偏聚，为本试验最优工艺窗口。3）负载量≥0.15 wt.%：催化位点过饱和，镀液中大量异相成核，生成大量游离 Co 颗粒；水洗分离工序出现 Co 流失，粉末实际钴含量偏离设计值，包覆层局部粗大。

对比传统 WC‑18Co 机械混合粉末：混粉中 Co 相以离散颗粒形式与 WC 颗粒混杂，极易出现局部富集；而包覆改性粉末实现粘结相在颗粒外表面连续分布，从粉末源头改善 Co 相分布均匀性。

4 激光熔覆涂层显微组织分析

Co 包覆改性 WC‑Co 粉末激光熔覆涂层呈现明显分层梯度组织特征：1）近基体区（0‑200 μm）：基体元素向涂层内部扩散，形成宽范围冶金结合过渡带，WC 颗粒发生显著细化，有效提升界面结合能力；2）涂层过渡区（200‑400 μm）：熔池成分趋于稳定，WC 颗粒发生溶解‑再析出，晶粒适度长大；3）涂层主体区（＞600 μm）：体系回归 WC‑Co 本征配比，WC 晶粒充分长大，组织特征与常规 WC‑Co 熔覆涂层趋于一致。

核壳结构粉末在熔池受热后，外层连续 Co 优先熔化，快速形成充足均匀液相，改善 WC 硬质相润湿条件，缓解局部缺粘结相或 Co 团聚的固有缺陷，抑制孔隙生成，提升涂层致密度，同时调控 WC 的溶解‑再析出动力学行为，避免 WC 过度溶解造成的物相劣化。

5 涂层力学及摩擦磨损性能

改性粉末熔覆涂层显微硬度维持在HV₀.₅ 1400±30，与传统 WC‑18Co 混粉涂层硬度水平相当，包覆改性没有牺牲涂层硬相承载能力。

摩擦磨损测试结果：传统混粉涂层平均摩擦系数 0.55；Co 包覆改性粉末制备涂层平均摩擦系数降至 0.47，摩擦系数下降幅度约 14.5%。同时改性涂层摩擦系数曲线波动幅度显著收窄，摩擦副接触状态更加稳定。机理分析：均匀的粘结相分布降低硬质相剥落风险，减少硬质磨粒生成，减轻三体磨损效应，提升涂层摩擦服役稳定性。

6 结论

1）通过浸渍‑还原预负载纳米 Co 催化种子，可实现无钯活化条件下 WC‑Co 粉末自催化化学镀 Co 包覆；催化种子理论负载 0.1 wt.% 可获得连续致密、低游离 Co 的核壳 WC‑18Co 复合粉末。2）核壳包覆粉末在激光熔覆过程中外层 Co 优先熔化，改善 WC 颗粒润湿性，拓宽基体‑涂层冶金过渡区，调控 WC 溶解‑再析出行为，提升涂层致密度与界面结合质量。3）相较于传统机械混粉涂层，包覆改性涂层硬度基本保持不变，摩擦系数降低约 14.5%，摩擦运行稳定性明显改善。4）该无钯包覆工艺省去贵金属钯催化剂，降低制粉成本与环保压力，工艺可放大，面向矿山、能源、工程机械耐磨件激光熔覆场景，可实现小批量试样到工业化批量供货。