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为了增强钛合金在1000℃以上高温环境的工作能力,利用激光熔覆能形成冶金结合的优良特性,在钛合金表面激光熔覆Al2O3-ZrO2陶瓷涂层,形成金属/陶瓷功能梯度涂层,从而满足钛合金在高温领域的使用要求。超声具有细化晶粒组织、均匀化微观结构和元素分布等作用,将超声波直接引入熔池微区,提高Al2O3-ZrO2陶瓷涂层质量和力学性能。本文分析了超声波的特性,包括空化效应、声流效应和热效应,模拟了超声的空化效应作用效果,在不同角度施加超声,观察超声直接作用下声流效应的作用效果,搭建了超声辅助实验平台,并使用COMSOL Multiphysics仿真软件,建立温度模型和熔池流动模型,探究熔覆工件中温度场、流场以及超声辅助下流场的变化。仿真结果表明,随着激光功率的增加,熔池的最高温度逐渐增大,熔池面积增加,熔池熔凝时间约为1s;无超声时熔池流动模型的涡流大小呈对称状,模型表面中心点的速度受涡流影响先增大后减小再增加,0.8s后速度降低。超声辅助的熔池流动模型表面的声场强度分布不均匀,熔池截面的声速大小无规律分布,熔池截面的流速提高。首先,研究激光功率对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层组织演变和力学性能的影响。实验结果表明,熔覆层的深度及宽度和激光功率有关,熔覆层横截面有孔隙和裂纹存在,熔覆层中的裂纹主要与残余应力有关,当激光功率较小时,熔覆层内的裂纹产生主要与水平拉应力有关;当激光功率增加到1700W时,晶粒组织由粗大的树枝晶转变为细小的枝晶;激光功率大于1600W时,熔覆层内元素分布相对均匀,Ti元素含量从熔覆层顶部到基体逐渐增加;激光功率为1700W时,熔覆层平均显微硬度值最大且波动较小;激光功率为1700W时,摩擦系数最小且波动较为平稳,平均摩擦系数为0.337,熔覆层的磨损机制是磨粒磨损,粘着磨损和塑性变形的组合。然后,研究超声辅助对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层组织演变和力学性能的影响。实验结果表明,超声辅助下熔覆层表面粗糙度增加但抑制了熔覆层裂纹的产生,当激光功率低于1500W时,超声辅助下熔覆层宽度更大,超声辅助下熔覆层晶粒尺寸细化,尤其是当激光功率为1700W时,晶粒尺寸最小且相对更加致密;超声辅助下熔覆层内元素分布更加均匀,熔覆层的平均显微硬度值提高,熔覆层的摩擦系数和波动幅值都较小,激光功率为1700W时摩擦系数最小,且波动较为平稳,熔覆层的磨损机制是磨粒磨损,粘着磨损和塑性变形的组合。最后,探讨了粉末配比、粉末尺寸、激光扫描速度以及超声功率对Al2O3-ZrO2陶瓷涂层的影响,从而得到超声辅助Al2O3-ZrO2陶瓷涂层最优工艺参数。选择Al2O3粉末和ZrO2粉末的质量比为60:40,粉末尺寸分别为40-106μm(Al2O3)和1-5μm(ZrO2),扫描速度为4mm/s,超声功率为150W。