钛合金因性能优异,被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车制造等领域,同时钛合金缺点也比较突出,合金表面的低硬度、低耐磨性限制了其在恶劣环境下的应用。激光熔覆技术有着操作简单、节约材料、获得细小晶粒的优势,采用激光熔覆技术制成的熔覆涂层可以改善钛合金表面性能。本文从提高钛合金表面硬度和耐磨性出发,选择以TC21钛合金为基体,Ni、Al、Cu、TiN粉末为熔覆材料,采用激光熔覆技术在其表面制备高硬、高耐磨的镍铝基熔覆层。研究了工艺参数、粉末配比以及加入不同含量的TiN对镍铝基熔覆层宏观形貌、微观组织、物相组成、显微硬度及耐磨性的影响。分析不同工艺参数对Ni-Al-Cu熔覆层形貌、组织以及硬度的影响。结果表明,随着激光功率升高或扫描速度降低,熔覆层稀释率逐渐变大。熔覆层硬度主要受扫描速度影响,过低扫描速度制备的熔覆层出现组织过烧,表面硬度显著降低。在工艺参数为扫描速度7 mm/s、激光功率1000 W时,可以制备出与基体结合性好、稀释率适中、显微组织良好、显微硬度值高的熔覆层。采用激光熔覆技术制备了Cu含量分别为0、2、4、6、8 at%的Ni-Al-Cu熔覆层,分析Cu含量对钛合金表面制备Ni-Al-Cu熔覆层组织与性能的影响。结果表明,Cu元素可以改善熔覆层组织,减少缺陷,但对熔覆层稀释率的影响较小。Cu元素加入到熔覆层中,会取代了TiNi晶体结构中的Ni原子,形成了新的三元相TiNi0.8Cu0.2,三元相TiNi0.8Cu0.2的塑韧性较好,可以改善熔覆层塑韧性和降低摩擦系数,减缓摩擦系数的波动,但对Ni-Al基熔覆层的硬度和耐磨性提升有限,在Cu含量为4 at.%时,熔覆层组织致密,平均显微硬度为基体的2.3倍,耐磨性为基体的4.1倍。在Cu含量为4 at.%的Ni-Al-Cu熔覆层中加入0、2、4、6、8 at%的TiN增强相,研究TiN增强相含量对Ni-Al-Cu熔覆层组织与性能的影响。结果表明,TiN由于熔点高,可以提高粉末体系的熔点,吸收更多的激光能量,随着熔覆层中TiN含量的增多,熔覆层稀释率得到降低。TiN属于陶瓷相,加入到熔覆层中有助于硬度、耐磨性进一步提高,降低耐磨系数。过多TiN加入到熔覆层中,会出现未熔TiN颗粒聚集在熔覆层底部,降低熔覆层塑韧性和耐磨性。含6 at.%TiN的熔覆层硬度值最高,为基体的2.85倍,含8 at.%TiN的熔覆层耐磨性最好,是基体耐磨性的11.5倍。