图1 为两种涂层的硬度数据，测量过程中避开未融化的WC 颗粒。从图1a 中可以看出，硬度曲线分为三部分：涂层区域、热影响区和基体，两条硬度曲线在三个区域均出现多个交点。对涂层硬度进行定量分析，如图1b 所示，0°涂层平均显微硬度为446.67 HV0.2， 90°涂层平均显微硬度为456.13 HV0.2。GB/T4340.2-2012 表明，维氏硬度计测量显微硬度时，硬度计的最大允许误差在HV0.2200 为6%，450HV0.2 为9.5%。两种涂层显微硬度差值均在硬度计最大允许误差范围内，可认为两种涂层硬度无显著差异，同时两种涂层硬度从熔覆层到基体呈现相同的变化规律，表明不同基面角度对涂层硬度无显著影响。
图1 两种涂层截面显微硬度
图2 所示为两种涂层的摩擦系数曲线图。从图中可以看出摩擦磨损过程分为磨合和稳定磨损两个阶段。在磨合阶段，由于试样和磨环不稳定接触，摩擦系数出现较大的波动，随着试验继续进行，进入稳定磨损阶段，两种涂层摩擦系数曲线趋于稳定，0°涂层摩擦系数明显小于90°涂层摩擦系数（稳定磨损阶段摩擦系数分别为0.22 和0.24）。涂层中的WC 增强颗粒改变了磨损机制，在磨损过程中，当磨环与WC陶瓷增强颗粒相遇时，可以防止细小磨屑的产生，从而降低摩擦系数。0°涂层中，WC 颗粒含量更高，对摩擦系数的影响更显著。
图2 两种涂层的摩擦系数曲线
图3 为两种涂层的磨损量和磨损率，0°涂层的磨损量为4mg，磨损率为0.0026mg/m，90°涂层的磨损量和磨损率分别为12mg 和0.008mg/m，0°涂层具有更小的磨损率。
图3 两种涂层磨损量和磨损率
为进一步分析两种涂层的磨损情况，对磨损表面的三维轮廓进行了表征，如图4所示。图4a-b 显示两种涂层磨损表面均呈现许多相互平行的沟槽，90°涂层磨痕表面伴随有更多的颗粒状凸起。由图4c 可以看出，0°涂层的磨损宽度为3.1mm，磨痕深度为31μm。90°涂层的磨痕宽度分别为3.9mm，磨痕深度分别为70μm。结合磨损表面三维轮廓（图4a-b）和截面深度曲线，可以看出0°涂层的磨损体积更小，表明0°涂层具有更好的耐磨性。
图4 两种涂层磨损表面三维轮廓和截面深度曲线
一般认为，涂层的耐磨性和硬度相关，在一定范围内，耐磨性和硬度呈正相关的变化规律。本次实验中，两种涂层的硬度无较大差别，但耐磨性差异明显。为进一步研究两种涂层磨损机理，对涂层磨损表面的微观形貌进行了观测，如图5 所示。从图5 可以看出，在两种涂层磨损表面均检测到WC 颗粒，WC 颗粒周围未出现裂纹以及WC 颗粒脱落现象。0°涂层磨损表面出现光滑的犁沟，WC 颗粒附近涂层材料出现堆积和局部撕裂剥落，磨损表面出现少量的磨屑。90°涂层磨损表面整体呈现较为粗糙且分布有大量的颗粒状磨屑，这与图4b 中90°涂层磨痕表面观测到大量颗粒状凸起一致。
0°涂层磨损表面出现材料堆积和撕裂现象表明涂层发生了明显的粘着磨损。由于WC 颗粒具有极高的硬度和耐磨性，在实验过程中，WC 颗粒周围的材料先被摩擦环表面的微小凸起形成的微切削效应去除，表现为光滑的犁沟；随后凸出的WC 颗粒与摩擦环接触，极小接触面积造成接触点较大的局部应力。过大的局部应力使接触点产生粘着或焊合，表现为WC 附近形成材料局部堆积，随着试验的继续进行，在循环应力的作用下，堆积点产生疲劳，材料被撕裂，涂层表面出现剥落坑，如图5a 所示。90°涂层磨损表面出现大量的磨屑，表明涂层的磨损机理主要为磨粒磨损。WC 颗粒可以有效防止磨损过程中微小磨屑的产生，但是90°涂层中WC 颗粒含量更低，磨损过程中产生大量的磨屑，形成磨粒磨损。
图5 两种涂层磨损表面
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