作为增材制造技术重要分支的激光熔覆,不仅可以对钛合金等金属材料进行表面改性,而且可在无需模具条件下由三维数据驱动直接制造出复杂形状三维零件。目前,对激光熔覆陶瓷／金属间化合物基复合材料的研究仍处于起步阶段,对该过程涉及的物理化学反应原理及复合材料合成机制都相对匮乏。因此,采用燃烧合成与激光熔覆耦合的激光燃烧合成(Laser Assisted Combustion Synthesis,简称LCS)复合表面改性新技术,分别以Ti和BN、AlN、Si3N4等氮化物的混合粉末及Al和Ti02的混合粉末为原料,依据Ti-BN、Ti-AlN、Ti-Si3N4、Al-TiO2之间的高温放热化学反应,在Ti6Al4V合金表面制备分别以TiN和A1203陶瓷为增强相,以TiB、Ti3Al和Ti5Si3等钛金属间化合物为基体相的陶瓷／钛金属间化合物基复合涂层,并探讨激光燃烧合成复合涂层的形成机制,对研制激光熔覆专用粉末材料及推动激光增材制造在工业中的应用具有重要的理论和现实意义。以不同粉末之间的高温放热化学反应为依据,结合Ti6Al4V合金及所选陶瓷和金属粉末材料的化学成分和物性参数,确定了合理的预置层粉末成分配比；提出挤压预置粉末法制备预置层新方法,实现了含陶瓷相的混合粉末的供给,解决了目前同步送粉法难以输送流动性较差的陶瓷粉末的难题；采用数值方法计算分析了不同激光工艺参数变化对激光能量密度变化的影响程度,测试了不同成分配比粉末预置坯的激光点火功率,针对不同成分配比的预置层粉末制定了较佳的LCS工艺参数；探讨了不同成分配比和不同扫描速度下LCS复合涂层的表面质量、结合区形貌、物相组成、显微组织形貌和截面显微硬度分布。重点研究了保护气氛(Ar气和N2气)种类和合金元素(Nb)对TiN/Ti金属间化合物基复合涂层的物相组成、显微组织形貌、截面显微硬度分布和高温抗氧化性能的影响规律。实验研究结果表明,复合涂层增强相为TiN或Al2O3,复合涂层基体相由TiB、Ti3Al、Ti5Si3和Ti2AlNb、Ti3AlNb、Ti39Nb、Nb7Al等金属间化合物组成。显微组织形貌分析结果表明,复合涂层与基材呈良好冶金结合状态,涂层中TiN和A1203增强相表现为纤维状、细小枝晶状和颗粒状三种基本形态,且均匀弥散分布在钛金属间化合物基体中。保护气氛(高纯Ar和高纯N2)对LCS复合涂层显微组织结构和力学性能有显著影响。相比Ar气氛下的TiN/Ti-Al金属间化合物基复合涂层,N2气氛下的燃烧化学反应更为充分,复合涂层组织更为均匀,截面显微硬度自基体至涂层表面过度更为平缓,平均显微硬度值较Ar气氛下复合涂层截面的显微硬度值高约28.9%,而Ar气氛下的燃烧化学反应不够充分,复合涂层含有较多没有完全反应的Ti元素,组织均匀性较差,涂层截面显微硬度自基体至涂层表面出现较大的跳跃性；N2气氛下复合涂层在600℃和800℃下的相对耐氧化性值分别是Ti6A14V钛合金的6.83倍和1.94倍,分别较Ar气氛下的复合涂层提高了约17.96%和19.75%。这一结果说明N2在激光燃烧合成过程中起着促进燃烧化学反应进行的作用,因此,在采用LCS工艺制备TiN/Ti-B、TiN/Ti-Al-Nb、TiN/Ti-Si、Al2O3/Ti-Al等金属间化合物基复合涂层时,保护气氛均选择N2。合金元素对LCS复合涂层显微组织结构和力学性能也有显著影响。添加Nb元素的TiN/Ti-Al复合涂层主要由TiN增强相和Ti2AlNb、Ti3AlNb、Ti39Nb、Nb7Al等金属间化合物基体相组成。涂层中均含有大量细小的颗粒状TiN增强相弥散分布在Ti-Al-Nb基体组织中,随着预置层中Nb含量的增多,LCS复合涂层中TiN相含量减少,含Nb化合物种类增多,含量也相应增加。TiN含量的减少导致涂层截面平均显微硬度值降低。从燃烧化学反应热力学和平衡相图的角度对复合涂层的燃烧合成机制进行了探讨,结果表明,对于以TiN和Al2O3为增强相的钛金属间化合物复合涂层,粉末材料在激光束作用下发生燃烧化学反应是复合涂层得以形成的根本原因,燃烧化学反应热效应使熔池温度场分布均匀是复合涂层中增强相得以均匀分布的内在因素。