灰铸铁与粉末冶金材料是两种在工业中广泛使用的材料,由于加工工艺限制,表面硬度低、耐磨性差,降低了零件寿命,增大了损耗,运用表面改性技术改善表面性能是工业界急待解决的问题。本文针对灰铸铁与粉末冶金材料基体,借鉴天然生物材料例如骨骼、竹材、木材等分级梯度结构特征,采用了两种表面改性技术-激光熔覆法和复合电沉积法,进行仿生梯度纳米复合涂层的设计与制备。运用试验优化设计的方法,优化了工艺参数。深入探讨了两种表面改性技术的工艺参数对涂层组织与性能的影响,揭示了激光熔覆层中不同部分组织的形成机理,系统分析了复合电沉积工艺参数对涂层中纳米颗粒含量、组织、形貌、性能的影响,其中工艺参数对复合涂层组织、形貌的影响规律和机理,目前在文献中少见报道。比较了仿生梯度复合涂层与基体或未增加纳米材料涂层的组织与性能,激光熔覆法中比较了仿生梯度复合涂层与基体的耐磨性,并分析了耐磨机理;复合电沉积法中比较了仿生梯度复合涂层与纯镍钴层组织及耐磨性,并分析了组织形成机理及耐磨机理。系统分析了两种涂层结构、成分及性能的变化特征,激光熔覆法制备的仿生梯度复合涂层从熔覆区到基体区结构呈现梯度变化,硬度也呈现梯度变化;电沉积法制备的仿生梯度复合涂层由表层到里层纳米颗粒含量呈现梯度变化,硬度也呈现梯度变化。特别地,复合电沉积法制备的仿生梯度复合涂层具有疏水性,运用仿生非光滑理论对其疏水原理进行了分析。在定性分析电沉积法仿生梯度复合涂层微观形貌的基础上,采用分形分析定量分析表面微观形貌,分析表明复合涂层具有分形特征。上述的研究工作为新型的梯度涂层的设计、制备及研究提供了一定的理论依据,也为材料的仿生涂层技术拓宽了应用领域。