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在现代工业领域中,不少零部件都是在高速、高压、重载环境下连续工作,磨损与腐蚀是其主要的失效形式。在普通钢材表面制备具有高性能的复合材料涂层,不仅可以延长零件的使用寿命,而且还能创造出巨大的经济价值。铁基非晶/纳米晶合金具有强度高、硬度大、韧性好和耐腐蚀性能突出等优势,因此在材料表面改性领域表现出潜在的应用前景。激光熔覆作为一种先进、高效的表面工程技术,具有光束易于聚焦、能量密度高,熔覆层表面组织细密、表层硬度高、不变形等优点。在调质钢基体表面通过激光熔覆技术将铁基非晶合金粉末熔覆得到非晶/纳米晶复合涂层,可显著改善材料表层的力学性能。本文综合分析影响GFA因素及高塑性非晶合金成分设计经验规律,从合金组元的电子结构、模量、形成焓和化学键等因素出发,进行不含类金属元素高泊松比Fe基非晶合金的成分设计及试验优化研究,设计出全金属组元Fe60Nb20Ti20和Fe60Nb13Ti13Ta13两种成分。然后通过机械球磨工艺制备出非晶合金粉末,在此基础上分析非晶合金粉末的晶化动力学与热力学问题,最后通过激光熔覆工艺在45钢的基体表层制备铁基非晶/纳米晶复合涂层。研究在球磨过程中非晶化过程、晶化动力学与热力学以及激光熔覆工艺参数对熔覆涂层的表面质量、微观组织及力学性能的影响。研究结果表明：Fe60Nb20Ti20(?)Fe60Nb13Ti13Ta13两种合金成分在球磨过程中,溶质元素Nb、Ti、Ta在高能机械力的作用下逐渐固溶到Fe基体中,形成过饱和α-Fe固溶体,造成严重的晶格畸变,集聚大量的畸变能,当系统能量超过非晶态临界值自由能时,导致晶格处于崩溃状态,最后形成非晶态。两种粉末机械球磨70 h获得完全非晶态合金粉末,粉末粒径约为5-10 μm,粉末形状呈球形,具有良好的流动性。晶化动力学与热力学研究表明：非晶合金粉末具有较宽的过冷液相区和较高的晶化激活能,Fe60Nb20Ti20非晶粉末的过冷液相区和晶化激活能分别为165℃、375.98 KJ/mol, Fe60Nb13Ti13Ta13非晶粉末的过冷液相区和晶化激活能分别为172℃、386.74 KJ/mol。激光熔覆结果表明：在激光熔覆过程中,激光功率、扫描速度和涂粉厚度对获得的熔覆层微观组织和力学性能有很大的影响,利用正交试验法优化激光熔覆工艺参数,优化后的最佳工艺参数为P=350W、V=240mm/min、H=0.25mm,由此获得的涂层表面平整光亮、无气孔、无裂纹等缺陷,而且与基体产生良好的冶金结合。涂层区表面的微观组织为细小的a-Fe过饱和固溶体等轴晶和少量的非晶相。激光熔覆涂层的显微硬度呈明显的阶梯状分布,其中涂层区硬度最高,Fe60Nb20Ti20涂层区的平均硬度值为857 HV, Fe60Nb13Ti13Ta13涂层区的平均硬度值为873 HV。摩擦磨损实验结果表明,Fe60Nb20Ti20和Fe60Nb13Ti13Ta13涂层的平均摩擦系数分别为0.295和0.278,而基体的平均摩擦系数为0.309,表明熔覆层的耐磨性要优于基体。