铁路是国民经济的命脉，随着我国铁路运输不断向高速化发展，列车的安全运行就成为了重中之重，对列车的制动性能提出了比以往更为严格的要求，传统的制动盘所使用的材料已经逐渐不能满足要求，所以开发新的列车制动盘材料具有非常重要的意义。列车制动盘在工作状态时，由于摩擦副接触不完全，在制动盘表面产生温度差，从而产生热应力，导致制动盘表面产生裂纹，引起热疲劳，因此制动盘的摩擦磨损实际上是不同程度热疲劳后的磨损。在热疲劳状态下，显微组织发生变化，导致硬度下降，必然会对制动盘的摩擦磨损性能产生一定的影响。自然界中的生物经过漫长的进化过程，对环境有着极强的适应能力，他们在某些方面所具有的奇特的性能，远比人类自己设计的要优秀。论文以仿生学为理论依据，模仿自然界潮间带贝类的表面形态和结构，通过激光熔覆的方法在灰铸铁制动盘表面加工出不同熔覆材料、不同形态以及不同间距的增强单元体。采用激光熔覆的方法形成的增强单元体，相对于以往通过激光熔凝形成的单元体，单元体硬度和深度有了更大地提高，而且由于合金元素的加入，改变了基体的成分，具有更好的抗热疲劳性能。对仿生耦合灰铸铁试样分别进行1000次、2000次、3000次和4000次的热疲劳试验，然后进行耐磨性试验，研究增强单元体对试样抗热疲劳性能和耐磨性的影响，以及热疲劳对仿生耦合试样耐磨性的影响。本文主要研究了激光熔覆增强单元体的显微组织和硬度、增强单元体对仿生耦合试样抗热疲劳性能和摩擦磨损性能的影响、对比了热疲劳前后增强单元体显微组织和硬度的变化、以及不同热疲劳次数对仿生耦合试样摩擦磨损性能产生的影响，得出如下结论：（1）通过激光熔覆处理后的增强单元体组织比较致密，硬度高于通过激光熔凝加工后的单元体，硬度相对于基体有了更大程度的提高，与基体形成了软硬相间的非光滑表面，不同的熔覆材料，增强单元体的显微组织和硬度有所不同。（2）增强单元体能提高仿生耦合试样的热疲劳抗性：其中网格状的仿生试样抗热疲劳性能最好；对于同种形态的单元体，单元体间距越小，抗热疲劳性能越好；激光熔覆处理后的试样比激光熔凝处理的试样具有更好的热疲劳抗性。（3）增强单元体经过热疲劳后，显微组织发生了变化，硬度降低。（4）增强单元体可以提高灰铸铁试样的耐磨性，单元体硬度越高，耐磨性越好，并且激光熔覆的试样比激光熔凝的试样耐磨性要好。（5）热疲劳后仿生耦合试样的耐磨性下降，随着热疲劳次数的增加耐磨性逐渐下降。