激光熔覆颗粒增强金属基复合涂层具有极高的耐磨性,在模具表面强化和表面修复方面具有广阔的应用前景。但由于复合涂层硬度高、后续切削加工性差,从而严重制约了该类涂层的应用。为此,本文提出采用高速铣削技术用于复合涂层的后续加工中,以理论分析与试验研究相结合,系统研究颗粒增强金属基熔覆涂层的耐磨性,探讨高速铣削颗粒增强金属基熔覆涂层的表面形成,并深入研究高速铣削加工对复合涂层硬度及耐磨性的影响规律。在此基础上,探讨了熔覆涂层厚度与模具使用寿命之间的关系,提出了熔覆涂层最小初始厚度的设计原则。本文完成的主要工作和取得的成果如下:(1)采用不同激光技术制备了颗粒增强金属基复合涂层,分析了其组织结构和耐磨性,结果显示,固体Nd:YAG激光熔覆激光加热时间短,激光能量小,热输入小,热影响区和热变形都小,比较适合于精密模具等零件的要求。研究了不同碳化物陶瓷增强颗粒和不同合金基粉体组成的颗粒增强金属基复合涂层,发现复合涂层结构致密,增强颗粒分布均匀,熔覆层硬度高、耐磨性好。(2)分析颗粒增强金属基复合涂层的高速铣削已加工表面特征,发现加工表面主要由铣刀的周期性进给而产生的切削波纹构成,同时还存在微裂纹、基体撕裂、基体涂覆、塑性侧流和振纹等表面特征。增强颗粒的去除方式对颗粒增强金属基复合涂层的表面形成过程有着重要的影响。并初步探讨了颗粒增强金属基复合涂层高速铣削时的锯齿状切屑形成机制。(3)建立了颗粒增强金属基复合涂层高速铣削加工表面的表面粗糙度评价模型,从铣削工艺参数、增强颗粒含量和尺寸等方面,全面分析了这些因素对激光熔覆颗粒增强金属基复合涂层高速铣削表面粗糙度的影响程度和规律。(4)建立了高速铣削激光熔覆颗粒增强金属基复合涂层硬度的理论分析模型,从铣削速度、轴向切深、每齿进给量等铣削工艺参数和增强颗粒的含量、尺寸两方面详细研究高速铣削对激光熔覆复合涂层硬度的影响规律,加工表面平均显微硬度随着铣削速度的增加而增加,当机床的相对转速不高时,铣削过程的热作用强于铣削加工冷作硬化作用,使涂层表面出现了软化。高速铣削后的热影响区显微硬度均出现了升高。随着轴向切深的增加,涂层表面加工硬化程度变大。复合涂层的平均表面显微硬度不随增强颗粒质量分数的增加而单调增加,随着增强颗粒直径的增加而增加。(5)采用理论分析和试验相结合的方法,系统研究了高速铣削工艺参数、增强颗粒对高速铣削激光熔覆复合涂层耐磨性的影响规律,随着铣削速度的增加,耐磨性提高;涂层的耐磨性不随每齿进给量变大而单调提高;轴向切深对铣削后涂层耐磨性的影响较小;复合涂层磨损量不随增强颗粒含量的增加而单调减小,也不会随着增强颗粒直径的增加而单调变好。铣削速度是影响激光熔覆颗粒增强金属基复合涂层高速铣削表面耐磨性的最主要因素。(6)薄涂层的耐磨性比厚涂层的耐磨性要差,设计时需要综合考虑涂层厚度对加工余量及承载能力的影响,使其具有足够的加工余量,使铣削后的复合涂层有足够的厚度来支持模具零件的工作荷载。(7)从模具的设计寿命出发,建立考虑铣削工艺参数的模具表面颗粒增强金属基熔覆涂层的初始厚度设计模型,提出了涂层最小初始厚度的设计原则。