复合涂层与整体复合材料相比,具有其独特的优势,如综合性能好、成本低、便于回收等优点,受到国内外的广泛关注。TiC颗粒增强Ni₃Al基复合材料发挥了金属间化合物和陶瓷相的耐热和耐磨性特性,是钢的最佳表面涂层材料之一。本研究通过用熔体内自蔓延法,制备出原位TiC颗粒增强Ni₃Al钢表面复合涂层。对Ti-C-3Ni-Al体系的热力学分析,预测出Ti-C-3Ni-Al体系中主要发生的反应。通过对体系吉布斯自由能和绝热温度的计算,预测出Ti-C-3Ni-Al系反应的最终稳定产物为TiC/Ni₃Al。采用DSC、SEM、XRD、TEM等分析手段相结合,研究了热爆反应条件、过程及其产物的形貌、复合涂层的微观结构、界面形貌;测试了涂层表面至基体的显微硬度变化和涂层耐磨性,并初步探讨了表面复合涂层的形成机理;采用Procast软件对熔体内自蔓延过程进行了计算机模拟。研究结果表明:在Ti-C-3Ni-Al体系中,由Ni和Al的放热反应引发了Ti和C的反应,TiC和Ni₃Al为实际反应温度范围内热力学上的最稳定相。在反应过程中,TiC相始终处于固相,Ni₃Al相则为液相。体系成分和热爆温度对热爆产物组织形貌和致密度有显著影响。加入少量Mg（2wt.%）作为活性添加剂,可以有效缩短体系的反应时间、促使涂层和基体之间的冶金结合。获得原位TiC/Ni₃Al复合涂层与钢母体界面为良好的冶金结合,其组织形貌为直径约1～3μm的TiC颗粒呈球形牢固的镶嵌在Ni₃Al基体上。在TiC含量＜45wt.%时,涂层为一整体;在TiC含量≥45wt.%时,涂层出现了分层现象。涂层中Ni、Al、Ti、Fe元素和涂层的显微硬度沿涂层厚度方向呈梯度变化。在室温和400℃磨损工况条件下,涂层的耐磨性高于H13钢。