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碳化钨(WC)增强金属基复合材料具有优良的耐磨损性能，特别是粗晶WC能有效提高复合材料的韧性，在要求磨损抗力高的工业领域显示出独特的优势。传统粉末冶金工艺环节多、周期长、能耗高;新兴快速制备工艺集中于表面增强涂层的研究，多以WC为原料，而其在高能束流高温作用下易烧损、分解，对材料性能不利。本文发展了直流电弧原位冶金WpC(WC和W2C)复合材料新方法，实现了短流程、低成本、快速的从高温熔体中原位生成粗晶WC块体复合材料，易于实现工业化生产。 本文分别以W-C粉末和WO3-C粉末为原料，采用管装和Fe棒两种形式的自耗电极，利用直流电弧原位冶金方法制备了WpC块体复合材料。分析了复合材料的物相和组织结构，研究了复合材料的硬度和干滑动摩擦磨损性能，考察了工艺参数变化对复合材料组织性能的影响，探讨了高温液相W-C原位反应机理和WpC结晶长大机制。 研究结果表明，管装自耗电极直流电弧W-C原位冶金生成了大量WC相，获得了以WpC为主要硬质相，Fe基固溶体为粘结相的块体复合材料，宏观成型好，均匀致密。WC相为棱角分明的矩形或三角形晶粒，从试样顶部到底部成梯度分布，其含量和晶粒度受工艺参数影响。1000A电流150mm自耗电极时，WC最大粒度达到80μm;随电流减小，WC含量增加，晶粒变大，600A电流时最大粒度达到120μm;随电极长度增加，含量减少，晶粒粗化，同为600A电流，电极长度增至300mm，WC最大粒度高达200μm。W2C相主要形成于试样上部，为非等轴六次花瓣状枝晶，特定方向主干粗大，二次枝晶臂发达。Fe3W3C相为鱼骨状共晶或由暗色规则多边形包围亮色不规则凸起构成的复相组织。 基于工艺参数对管装自耗电极试样的影响规律，在满足WC原位生成的热力学条件下，适时降低反应后期热量输入，延长熔池保温时间，Fe棒自耗电极WpC复合材料有效抑制了W2C和Fe3W3C的生成，实现WC含量大幅度增加，晶粒度同步显著粗化，最大粒度达300μm。 直流电弧高温熔体利于W-C的原位反应，热力学高温稳定相W2C易于生成，以C为主的动力学扩散进程使W2C转变为WC。高温下C原子是以间隙扩散机制进入W原子密堆积的八面体空隙，随C进入量的增加，W转变为高温六方β-W2C(P63/mmc)。当 C占据所有八面体空隙后，β-W2C转变为六方δ-WC(P(6)m2)。WC以{0001}为基面，沿<0001>方向依靠二维成核或螺旋位错等缺陷提供的台阶侧向层状生长，具有明显的小平面特征，呈现由{0001}底面和{10(1)0}、{01(1)0}柱面构成的六棱柱状初生形貌。{10(1)0}柱面界面能高、与C亲和力大，在高温富C熔体中法向生长速率快，面积逐渐缩小;当其最终消失时，晶粒演变成由{0001}底面和{01(1)0}柱面构成的扁平三棱柱。熔池过冷度未影响WC的小平面层状微观生长机制，但过冷度增大到临界值后，晶体生长速度突然增大。初生W2C相为径向六次对称分布的等轴花瓣状枝晶，生长过程中受熔池热流影响逐渐偏离等轴性生长，生长机制由初生小平面晶的台阶侧向长大转变为非小平面晶的连续长大。 原位冶金WpC复合材料中各相的硬度成梯度分布，WC晶粒平均显微硬度达到2300HV0.2以上，最高硬度达2782HV0.2，W2C和M7C3相的硬度达到1830HV0.2和1500HV0.2以上。WC晶粒三角形底面的硬度值明显高于柱面，大底面扁平状WC晶粒的机械性能显著优于传统形貌的晶粒。 考察了干滑动摩擦磨损实验中载荷、时间和滑动速度对WpC复合材料摩擦系数、磨痕深度及磨损失重的影响，建立了摩擦特性与组织结构的关系。结果表明:WpC复合材料耐磨损性能受WC含量和晶粒度的影响。管装自耗电极试样随电流增大，WC含量降低，晶粒度减小，耐磨损性能下降;随电极长度增加，WC含量有所下降，但晶粒明显粗化，耐磨损性能提高。Fe棒自耗电极试样同时显著提升了WC含量和晶粒度，耐磨损性能最佳。同等条件下，300mm管装自耗电极在600A电流下制备的试样具有与YG13C相近的耐磨损性能，而Fe棒自耗电极试样的耐磨损性能稍优于YG13C;WpC复合材料的耐磨损性能均明显优于调质热处理42CrMo钢，摩擦系数最高下降0.25，磨损失重最多减少80％。WpC复合材料的磨损机制主要为显微切削和硬质相剥落，伴随产生由剥层磨损形成的片状磨屑以及磨粒与磨损表面多次作用形成的块状磨屑。 在对W-C体系系统研究的基础上，探索了以WO3、C粉末为原料的直流电弧原位冶金方法，进一步省却由WO3制备W粉所必需的长时间高温还原环节，成本更低。初步试验原位生成的WC最大粒度已达150μm，显微硬度超过2380HV0.2。