钛合金具有密度低、比强度高和耐腐蚀性能优异等特点，已被广泛应于航天航空等领域。但钛合金硬度低、抗粘着磨损性能差，在服役过程中易造成损伤而降低使用寿命。在钛合金表面制备强化层是提高钛合金使用寿命的有效方法。在众多的表面改性技术之中，激光表面改性技术因其获得的涂层组织致密、与基材呈良好冶金结合等优势，逐渐开始成为钛合金表面改性及修复的重要工具。而在材料选择方面，传统TiB2涂层具有高硬度、高化学稳定性和优异的抗粘着磨损性能，能显著改善材料表面抗粘着磨损性能而备受关注。然而在实际服役过程中，容易因TiB2陶瓷相韧性不足而降低使用寿命。　　本研究针对传统TiB2涂层韧性不足问题，通过引入高长径比与高体积分数的TiB短纤维以及NiTi合金来获得高质量复合涂层。本文以3种不同粒径的纯TiB2、纯Ti及纯Ni粉作为熔覆材料，系统研究了高长径比与高体积数TiB短纤维的制备方法，并分析了复合涂层中组织和缺陷的形成机理及缺陷的改善措施。在此基础之上，添加Ni粉，研究复合涂层中NiTi合金的形成条件，并结合热力学计算结果揭示出不同元素反应间的竞争机制，最后分别研究了Ni添加前后复合涂层组织与性能的对应关系。　　首先，采用3种不同粒径的纯TiB2及纯Ti粉制备复合涂层，系统研究了高长径比与高体积分数TiB短纤维的形成条件及形成过程。发现采用0.5μm和50μm粒径的纯TiB2粉制备复合涂层，可同时获得高体积分数与高长径比的TiB短纤维，原位反应形成机理主要为“扩散机制”。但采用0.5μm和50μm粒径的TiB2粉激光原位制备短纤维，熔池中会优先出现颗粒团聚和颗粒分解行为，这会影响组织结构变得不稳定。而采用5μm粒径的纯TiB2粉作为预置层，发现复合涂层中TiB短纤维的数量主要受控于TiB2颗粒的溶解量，原位反应形成机理主要为“溶解-析出”机制。　　其次，发现采用纯TiB2和Ti粉混合作为熔覆材料，复合涂层易出现裂纹倾向，主要为熔池凝固过程中热裂纹所致。裂纹形核区主要出现在熔覆层底部，然后沿裂纹形核区下方和上方分别扩展，形成自里及表的整条裂纹。研究发现单独采用纯TiB2粉制备激光熔覆层，能有效地抑制凝固过程中热裂纹的形成。然而，采用TiB2制备激光熔覆层，熔覆层表面会出现凹陷行为，其形成过程经历3个阶段:颗粒向下沉积、熔池表面熔液向低温区流动和快速凝固过程。熔覆层的凹陷程度主要受控于颗粒沉积量、温度梯度和冷却速率这3个因素，通过提高扫描速度、对试样进行预热和激光搭接处理能适当地改善熔覆层表面凹陷行为。　　另外，分析了3种不同粒径的TiB2预置层形成复合涂层的组织特点，发现只有采用5μm粒径的TiB2作为预置层，才可能通过激光原位制备出高稳定性的TiB2/TiB梯度涂层。形成TiB2/TiB梯度涂层的关键主要与TiB2溶解量、熔池熔化方向与凝固方向及TiB2热物性相关。TiB2/TiB梯度涂层自表及里显微硬度呈逐渐降低趋势，而断裂韧性呈逐渐提高趋势。梯度涂层中部和底部可通过颗粒脱粘和短纤维断裂偏移方式使裂纹发生偏转来提高材料的断裂韧性，但梯度涂层表层易出现TiB2颗粒穿晶断裂。　　采用5μm粒径的TiB2与Ni粉混合作为预置层，系统研究了Ni添加对短纤维与颗粒复合涂层组织与力学性能的影响。研究发现，Ni的添加不仅可改善熔覆层表面成型质量，还可获得bcc结构的NiTi合金填充在TiB2颗粒和TiB短纤维周围。随着Ni添加量的提高，熔覆层中TiB2颗粒得以细化，但熔覆层中TiB短纤维直径变粗大及生成了NiTi2。Ni的添加不仅起到了稀释剂的作用，还使Ti和B原子接触几率提高。避免Ni3Ti形成的关键主要与TiB形核驱动力大、Ti原子扩系数大及熔池形成初期Ni和Ti液分布相关。添加Ni使熔覆层的显微硬度值降低及自表及里显微硬度变化值减弱，但熔覆层的断裂韧性却得以提高。　　最后，分别进行了干滑动磨损与微动磨损实验研究。在干滑动磨损实验中，研究发现粗TiB2颗粒复合涂层的耐磨性比细TiB2颗粒复合涂层优异。在高载荷作用下(600 N)，引入TiB短纤维更有利于提高复合涂层的耐磨性。在摩擦磨损过程中，粗TiB2颗粒能起到第一道防护作用，而TiB短纤维能起到第二道防护作用;而在微动磨损实验中，发现细TiB2颗粒复合涂层的耐磨性比粗TiB2颗粒复合涂层优异。在摩擦磨损过程中，细TiB2颗粒和TiB短纤维能使疲劳产生的裂纹扩展曲折，减少了大面积颗粒的脱落。然而，在微动磨损实验中，发现NiTi和TiB2颗粒及TiB短纤维复合强化，无法有效抵抗微动疲劳性能。这可能与NiTi超弹性无法发挥及NiTi合金无法使裂纹扩展曲折有关。