钛及钛合金密度小，比强度高，具有良好的耐蚀性、疲劳抗力，广泛应用于航天航空、国防、汽车、医疗等领域。然而，钛合金摩擦系数高、对粘着磨损和微动磨损非常敏感、耐磨性差及高温抗氧化性差等缺点，制约了它的应用。在保持钛合金固有性能优点的条件下，激光表面改性是从根本上解决钛合金表面性能较差这一缺陷的有效、经济、灵活且具有较强可设计性的方法之一。 本文运用CO₂激光，在Ti6Al4V钛合金表面进行激光表面改性，直接在Ti6Al4V钛合金表面制得了具有优异耐磨性能和抗高温氧化性能，并与Ti6Al4V钛合金基体之间呈现牢固冶金结合的复合材料涂层。 首先，为确保激光表面改性的顺利进行，研制了激光表面改性专用的同轴保护送粉装置，并探索了适合该同轴保护送粉装置的工艺参数，获得较高的粉末利用率和较好的保护效果。 其次，设计了激光表面改性材料体系。根据Ti6Al4V钛合金和激光表面改性的特点，设计出激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层、激光熔覆Mo-Ni基合金梯度涂层、激光表面原位生成TiC涂层和激光表面原位生成TiC+TiB₂涂层四类材料体系。 再次，研制了激光表面改性工艺。分别研制出各种材料体系对应的激光工艺参数，制得激光表面改性层，着重研究了不同工艺参数对激光熔覆Ni-Ni基合金梯度涂层的影响，探索最佳工艺参数。对激光表面改性涂层进行了微观分析，从表面至基体测试了显微硬度，发现涂层组织呈快速凝固特征，硬度梯度明显，有效地改善了涂层的应力分布状况。 最后，研究了激光表面改性涂层的摩擦学性能和抗高温氧化性能。研究发现，激光表面改性能够大大地提高了Ti6Al4V钛合金的耐磨性能和抗高温氧化性能。