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针对国家高技术领域对钛及其合金运动部件耐磨、润滑和抗高温氧化的性能要求。利用激光表面合金化和激光熔覆技术，在钛表面制备出了具有良好减摩耐磨性能的硼化涂层、镍基复合涂层和钛系金属间化合物涂层材料。系统考察了激光合金化及熔覆工艺、涂层的物相组成、组织结构、摩擦学性能。分析了涂层材料结构与性能之间的关系，获得了有价值的数据和结果。为钛及其合金激光表面处理技术工程化应用提供了技术和理论支持。主要研究内容和结论如下:
1.利用激光合金化技术在纯钛基材表面以硼粉、氮化硼粉和碳化硼粉为原料，合成了含TiB、TiB2等硼化物的硼化涂层。用XRD、TEM、SEM等分析测试技术，研究了不同硼化层的组成、结构。用UMT-2MT摩擦试验机评价了不同硼化层和纯钛基材的摩擦磨损性能。研究结果表明:不同的硼源对合金化层的物相组成、显微结构及摩擦学性能产生了重要的影响;以硼粉为硼源的合金化层主要含TiB2、TiB、TiB12和Ti相，显微结构主要为棒状晶;以氮化硼粉为硼源的合金化层主要含TiB2、TiB、TiN、TiN0.3、TiO2和Ti相，显微结构主要为棒状晶和枝状晶;以碳化硼粉为硼源的合金化层主要含TiB2、TiB、TiN、TiC和Ti相，显微结构主要为棒状晶和枝状晶;三种合金化涂层的截面硬度和耐磨性能顺序为:硼粉合金化层＞氮化硼粉合金化层＞碳化硼粉合金化层。三种合金化层与AISI52100钢球对摩时的磨损机制主要为磨粒磨损和粘着磨损。
2.利用激光熔覆技术在钛表面制备了NiCrBSi涂层、NiCrBSi/WC-Ni复合涂层、NiCrBSi/HfB2复合涂层和NiCrBSi/ZrB2复合涂层。系统考察了不同增强相及增强相的含量对镍基涂层组成、结构、硬度及摩擦学性能的影响。研究结果表明:WC-Ni、HfB2和增强相ZrB2的加入可以显著提高镍基涂层的硬度和耐磨性能;对比四种镍基涂层可以发现:NiCrBSi/ZrB2复合涂层的显微硬度＞NiCrBSi/WC-Ni复合涂层的显微硬度＞NiCrBSi/HfB2复合涂层的显微硬度＞NiCrBSi涂层的显微硬度;NiCrBSi/ZrB2复合涂层的耐磨性能＞NiCrBSi/HfB2复合涂层的耐磨性能＞NiCrBSi/WC-Ni复合涂层的耐磨性能＞NiCrBSi涂层的耐磨性能。
3.利用激光熔覆原位合成技术，在纯钛表面制备了Ti-Al、Ti-Cu、Ti-Ag三种金属间化合物涂层，考察了三种金属间化合物涂层的物相组成、硬度、组织结构和摩擦学性能。研究结果表明:通过激光熔覆原位合成制备的钛系金属间化合涂层，具有较高的显微硬度、精细的晶体结构和优异的抗磨减摩性能;Ti3Al金属间化合物涂层的显微硬度＞Ti-Cu金属间化合物涂层的显微硬度＞TiAg金属间化合物涂层的显微硬度;Ti-Cu金属间化合物涂层的耐磨性能＞TiAg金属间化合物涂层的耐磨性能＞Ti3Al金属间化合物涂层的耐磨性能;TiAg金属间化合物涂层具有最低的摩擦系数，表现出良好的润滑性能。
4.论文相关研究成果已用于钛合金轴承、钛合金活塞、航空发动机燃油泵钛合金侧板等机械部件的表面耐磨强化。其中利用激光表面合金化处理的钛合金轴承(Ti-6Al-4V)相比于未处理的钛合金轴承，抗滚动接触疲劳性能提高20～72倍，最大承载能力从150N提高到200～600N。钛合金活塞经过激光强化技术处理后，可以显著提高活塞的耐磨性能和抗热疲劳性能。利用激光淬火处理的航空发动机燃油泵钛合金侧板，在于磨、航空煤油和航空液压油摩擦磨损测试条件下（摩擦配副为黄铜和锡青铜），钛合金侧板的耐磨性能得到显著提高，粘着磨损减小。