随着市场对钢材品种、质量要求的提高，对被称为连铸设备“心脏”的结晶器的要求也越来越高。这就要求结晶器具有良好的导热性、耐磨、耐蚀性、减少铜合金的磨损量以提高结晶器的使用寿命。因此提高结晶器耐磨性和自润滑性能是提高经济效益和生产效率的根本措施，具有重要的科学研究意义和实际价值。　　本文设计用含有一定量石墨、纳米Al、W、Cr、Si、C等陶瓷相形成元素的Co基合金粉末，在Cu-Cr合金基体材料上，利用脉冲Nd:YAG固体激光器，应用激光诱导原位反应技术，制备陶瓷相增强Co基梯度强韧耐磨自润滑涂层。主要利用光学显微镜、扫描电镜、激光扫描共聚焦显微镜、X射线衍射仪、显微硬度计、高温高速摩擦磨损试验机，对制备涂层的粉末成分、组织结构、性能和涂层形成机理进行了系统研究。实验结果表明:　　优化的激光单道制备涂层的参数为:选择A4粉末，激光扫描速度为3.5mm/s，电流为175A，离焦量为15mm，功率为50W，脉宽为3.0ms，脉冲频率15Hz。在优化了激光工艺参数和成分的配比后，选择搭接率为30％～35％，做激光大面积搭接，设计成分的梯度变化以实现涂层组织与性能的梯度变化，成功制备出三层梯度涂层。　　梯度涂层中，第一层与基体形成了良好的冶金结合，涂层内部无明显气孔、裂纹的产生，涂层的主要相是CoCr2(Ni，O)4，同时形成了CoCx，Cu0.81Ni0.19，Cr23C6，W2C等多种化合物，涂层的硬度达到321HV，是铜基体(90HV)硬度的3倍多;当涂层制备到第二层后，第二层内部出现了枝晶，其主要相仍为CoCr2(Ni，O)4，同时形成了Cr-Ni-Fe-C、MoNi4、CoCx、M23C6等化合物;再在其表层制备出第三层涂层，最外层涂层的显微硬度达到523HV，其主要相组成为CoCr2(Ni，O)4，同时还有FeNi、Cr-Ni-Fe-C以及Cr7C3、WC1-x、MoNi4等化合物。原存在于第二层内部的枝晶已经消失。梯度涂层各层的陶瓷颗粒数量、密度都呈现由内到外逐渐增大的趋势。同时，原位生成了弥散分布着的纳米级Cr-C、W-C等陶瓷相，形成了第二相增强的细晶Co基复合组织结构涂层。　　激光诱导原位反应制备梯度涂层的主要增强机理是第二相强化和细晶强化以及固溶强化。Mo能够细化晶粒，而Y2O3、MgO、B2O3等的加入也能作为形核中心，起到细化晶粒的效果。同时B2O3还能降低表面张力，提高润湿性，减少裂纹的产生;二、三层中石墨的存在具有减摩效果，当磨损5500r时涂层的磨耗量为0.0054g，仅为铜合金磨耗量的1/3。摩擦系数为0.28，约是基体的一半。　　最后，利用大型ANSYS模拟软件，将激光束看成是高斯模型，研究激光束加载条件下，在100s内涂层与基体温度场的变化情况。为进一步研究、控制激光原位反应制备梯度涂层过程中组织和性能奠定了基础。