激光表面复合强化处理作为一种高性能表面的制备方法,是当今研究热点之一。该技术有望在机车、重大装备、航空航天及工模具等领域的核心部件的高性能制造中有起着关键作用,有着巨大的应用前景。本文以激光熔覆技术为基础,结合化学沉积技术、溶胶凝胶化学合成技术以及纳米陶瓷增强技术等,制备了高性能陶瓷复合涂层,克服了单一的传统表面强化技术和激光熔覆技术存在的缺点,优势互补,是激光表面强化技术的继承和发展。论文研究工作围绕下列几个方面展开：首先分别采用预置法、化学镀复合法及溶胶凝胶复合法三种粉体制备方法,将微纳米材料进行有效组装,进而采用脉冲Nd:YAG激光辐照,以在金属基体上制备强化层；建立了工艺参数优化模型,获得了高性能的超细陶瓷复合强化涂层；研究了各涂层的微观组织、硬度分布规律及磨损性能之间的关系,详细分析了陶瓷强化相的作用和涂层强化机理,并对不同方法制备涂层的特点和应用进行系统分析。主要结果如下：(1)在激光作用下利用预置法熔覆镍包纳米Al2O3制备了Al2O3复合陶瓷涂层,通过优化试验,可获得硬度较高、无裂纹涂层的工艺参数组合是：50%Ni+50%Al2O3,电流强度150A,扫描速度300mm/min,脉冲宽度2ms,脉冲频率30Hz。该参数下获得了厚度为0.6mm和最高硬度为672Hv0.2的强化涂层,耐磨性提高1.5倍。该方法操作方便灵活,适用于复杂部件的局部强化,如模具型腔、内壁、刀具等。(2)采用复合化学镀法制备了Ni-P-Al2O3复合强化镀层,利用高能脉冲激光对镀层进行强化处理,建立了基于神经网络的工艺参数预测模型,单道脉冲激光处理复合镀层的优化工艺参数为：电流强度200～240A；脉宽2.1～2.3ms；脉冲频率21～23Hz；扫描速率450mm/min。在该参数下,获得了厚度为0.2～0.3mm、硬度为840Hv0.2的强化涂层,耐磨性提高6倍。该方法涂层均匀性好,适用于要求较高的重要部件局部强化,如刀具刃口、叶片、轴颈等。(3)采用激光与溶胶－凝胶化学合成反应复合法,制备了钛化物(TiC/TiN/TiB2复合强化涂层,制备TiC涂层优化的工艺参数为：TiO2和C的摩尔比为1：5,预置层厚度0.2mm,电流强度250A,脉宽2.5ms,频率18Hz,激光扫描速率50mm/min。在该参数下,获得了厚度为0.3～0.4mm,硬度达1150Hv0.1的强化涂层,耐磨性提高了12.5倍。该方法制备的涂层硬度高,耐磨性能良好,方便灵活,适用于各类工具刃部的强化。(4)陶瓷强化相作用和涂层强化机理研究表明：由于纳米Al2O3异质相粒子的存在提高了熔体过冷度,改变了晶体生长形态,熔化表层从柱状晶向胞状晶转变,从而极大的促进了细晶组织的形成。晶粒细化和生成的A12O3、Al5FeNi、FeNi、 Fe0.64Ni0.36等高度弥散硬质相,是实现涂层强化的主要原因。而对于溶胶凝胶法,主要依靠激光与溶胶凝胶体(TiO2·2H2O+C+BN)的合成反应,获得TiC、TiB2和TiN为主要强化相的强化层。综上所述,三种不同的复合方法都获得了不同效果的强化涂层,分别适用于复杂部件的局部强化、各类工具刃部强化及要求较高的重要部件局部强化,为获得高性能强化涂层提供了一条新途径。通过前期在医疗器械和机械装备上的初步应用试验表明,该技术在医疗微创手术器械和工模具领域有着广泛的应用前景和巨大的应用潜力。