奥氏体不锈钢具有良好的塑性、耐蚀性、抗氧化性,是科研领域与工业领域常用的材料之一,但硬度较低、高温磨损性较差,限制了其在高温磨损工况下的应用。若使用高温合金制造工件,成本高昂、加工难度大,因此近些年使用表面改性技术来提升奥氏体不锈钢性能的研究逐渐增多。其中使用激光熔覆技术制备钴基合金层可以有效提高耐高温性能和抗热震性,对硬度和耐磨性提升较小;使用物理气相沉积技术沉积Ti N薄膜可以有效提高硬度和耐磨性,然而膜层与基体的硬度差异大,容易出现开裂脱落等现象。如何使用复合改性技术改进单一工艺性能的不足,提高奥氏体不锈钢的高温性能,是本课题重点研究的内容。本文结合激光熔覆技术和物理气相沉积技术制备一种耐高温涂层。先使用激光熔覆技术在304不锈钢表面制备耐高温的钴基合金层,研究不同激光功率、扫描速度、搭接率对熔覆层组织性能的影响。然后在304不锈钢和钴基合金层表面使用物理气相沉积技术沉积Ti N薄膜,得到Ti N涂层和钴基合金/Ti N复合涂层,采用光学显微镜、X射线衍射仪、扫描电镜、显微硬度计、电化学工作站、高温大气试验机等设备,研究分析复合涂层的组织结构、涂层结合力、硬度性能、耐蚀性能、常温和高温磨损性能。实验结果表明:随着激光功率的提高,稀释率升高,熔覆层组织柱状晶和树枝晶粗化,平面晶区域增厚。扫描速度越快,稀释率下降,冷却时间越短,晶粒细化,熔合线处的冶金结合良好。搭接率较高时,前道熔覆层部分重熔,组织生长,等轴晶粒增多。较低的激光功率和较高的扫描速度会提高表面硬度,搭接率的提高会使非搭接区域与搭接区截面硬度趋近,对表面硬度的影响不明显。摩擦系数随着激光功率、扫描速度的提高先上升后下降,随着搭接率的提升先下降后上升再下降。激光熔覆技术制备的钴基合金层裂纹敏感度较低。通过多组试验得到:激光功率1.5kw、扫描速度8mm/s、搭接率30%时,钴基合金层的组织结构和性能较好,故作为复合涂层中激光熔覆层的工艺参数。利用物理气相沉积技术在304不锈钢和钴基合金层表面沉积Ti N薄膜,研究复合涂层的组织结构。复合涂层的表面为金黄色Ti N薄膜,有微小凹坑,没有裂纹和脱落。使用扫描电镜对复合涂层截面形貌进行分析,结果表明,Ti N薄膜厚度为1.0μm,Ti元素和N元素均匀致密。复合涂层的表面硬度比钴基合金层更高,截面硬度分布梯度比Ti N涂层更缓和。在压痕试验中,复合涂层的膜基结合力为1级,比Ti N涂层更强。在600℃和700℃热震试验中,随着膜基结合力的提高和热膨胀系数差异的减小,复合涂层的抗热震性能强于Ti N涂层。在常温和425℃高温下进行摩擦试验。304不锈钢在常温和高温的摩擦环境下耐磨性较差,磨损机理都有粘着磨损、磨粒磨损、氧化磨损。在高温摩擦环境下钴基合金层和Ti N涂层耐磨性较差,钴基合金层的磨损机理为粘着磨损和氧化磨损,Ti N涂层发生断裂。相比其他单一涂层,复合涂层的高温磨损性能更好,在常温和高温摩擦环境下磨损机理均以磨粒磨损为主。在3.5%Na Cl溶液中进行电化学腐蚀,复合涂层的自腐蚀电位和线性极化电阻比耐腐蚀的钴基合金层更高。复合涂层在10%HCl溶液中50℃保温4h后失重比Ti N涂层低1.0mg,比钴基合金层和304试样低3.6mg和2.2mg,耐腐蚀性提高。