钛合金具有比强度高、耐蚀性好等特点，被广泛应用于航空航天、石油化工、汽车制造等行业，但钛合金表面硬度低和耐磨性差，限制了其在摩擦机构中的应用，本文为了在钛合金表面获得优质熔覆层，主要从三个方面展开研究：首先，考虑了相变潜热及热物理性能随温度的变化，建立了激光熔覆过程的数学模型和ANSYS三维有限元模型，模拟和分析了TC4表面激光熔覆Ni45过程，获得了熔覆过程中熔池的三维瞬态温度场和应力场，考察了各工艺参数对熔池热-应力场、熔池形状及稀释率的影响规律，通过ANSYS优化分析获得了最佳工艺参数：P=2400W，V=5mm/s，D=3mm。其次，结合ANSYS分析结果设计了L16（44）正交实验，采用预置粉末涂层法，运用CO2激光器在钛合金表面进行激光熔覆实验。考察了能量密度对熔覆层形貌的影响规律，实验表明：能量密度在178~254J/m2时可以在钛合金表面获得优质的熔覆层。显微硬度计测量了熔覆层横截面显微硬度值，结果显示熔覆层显微硬度是钛合金基体的4~5倍，说明激光熔覆可以有效提高钛合金的表面硬度。正交分析了工艺参数和WC颗粒含量对显微硬度的影响规律，获得最佳显微硬度的工艺参数。SEM观察并分析了熔覆层各部分微观晶体组织，获知了熔覆层在结合区与基体形成冶金结合，其主要含有树枝晶、等轴晶、WC颗粒及晶间共晶组织，并考察了WC颗粒含量对熔覆层显微晶体组织结构的影响规律。EDS能谱分析了各种晶体组织结构的成分组成。最后，进行了裂纹控制实验，通过在基体和涂层中间加入不同丝径、目数的网丝，考察了网丝对裂纹率的影响规律，并得出结论：加入金属网是一种有效的抑制熔覆层裂纹的方法，金属网的材料、目数、丝径是影响熔覆层裂纹抑制效果的重要因素，不锈钢网的裂纹抑制效果好于铁丝网。