采用Cu元素对Ni基合金定向结构涂层改性,使用热喷涂+感应重熔+强制冷却复合技术制备了Ni60/Cu定向结构复合涂层。设置Cu元素添加质量分数分别为5%Cu、10%Cu、15%Cu和20%Cu,系统研究了Cu元素添加含量对热喷涂预制涂层、高频感应重熔涂层以及强制冷却形成的定向结构Ni基合金微观结构、物相演变、元素分配、力学性能和摩擦磨损性能的影响规律,探讨了Cu元素添加对涂层从热喷涂、高频感应重熔、直到定向结构涂层微观组织演变及其性能的系统化影响机制。并研究最佳Cu添加量下冷却水流量对涂层微观结构和摩擦性能的影响,得出了如下结论:1)Cu元素的加入促进了火焰喷涂预制涂层的晶界融合,细化了层流状结构,但降低了Ni60合金的横向扩展能力;感应重熔消除了预制喷涂涂层形成的层流状结构,形成了凝固态形式涂层,重熔使Cu元素向晶内发生扩散,促进了溶质元素析出,促使晶粒细化以及晶界演变。随着Cu元素含量增加,逐渐促使涂层中微观组织形成“类马氏体组织”和“类贝氏体组织”。通过强制冷却形成的定向结构涂层晶粒的生长方向呈柱状树枝晶的方式从界面向表面生长。定向结构涂层中Cu元素富集于晶粒,促使晶界区域Cr、C、B元素的富集。Cu元素添加量对定向枝晶生长取向、晶粒形态和大小产生显著影响,当Cu添加量为15%时定向枝晶结构细密,表现为沿界面垂直生长方式。2)Cu和Ni元素较强的冶金相容性,促进了复合合金涂层的再结晶能力,其向晶粒持续地扩散的过程中,形成Cu、Ni固溶体及化合物相CuNi,并促使Cr、B、C等向晶界析出,再细化微观结构,同时导致界面共晶结构生长形态演变,从而在形成定向结构涂层过程中,随着Cu含量增加,枝晶取向发生显著变化。3)随着Cu含量的增加,预制喷涂涂层、感应重熔涂层和定向结构涂层的摩擦系数与体积磨损率均表现为先降低后升高的规律,说明Cu元素添加能够有效增强涂层的减摩性能,而15%Cu含量的涂层显示出最低的摩擦系数及磨损量,表明15%Cu的添加的涂层发挥了最佳的减摩性能;但当Cu为20%时,较多含量的Cu添加反而使涂层的粘着磨损变得严重,导致涂层的耐磨损性能下降。4)研究了15%Cu含量定向结构涂层在冷却水流量为0.944m L/（min·mm2）、1.886m L/（min·mm2）和2.831m L/（min·mm2）下,定向结构涂层晶粒取向演变及对摩擦性能的影响。研究表明:冷却水流量对定向晶的微观结构具有明显影响,当冷却水流量为2.831m L/（min·mm2）时,涂层的定向结构明显,柱状树枝晶发达、规则,晶界细密,但对物相演变及硬度性能没有显著影响。耐磨性测试表明,2.831m L/（min·mm2）流量水下的涂层显示出最低的摩擦系数和磨损率,磨痕宽度也最小,摩擦表面光滑。说明较强的冷却水流量能促使涂层定向结构规则生长,增强其耐磨减摩性能。