目前,传统热处理方式以及多元合金化铜合金、铝合金材料越来越难以满足高温、高速、高载荷和耐磨条件下的使用要求;因铜、铝合金的高导热性,传统涂层制备技术如堆焊、激光熔覆等受到适用局限性,急需开发短流程制备技术,实现高性能长寿命的铜、铝合金产品制备。本文以短流程制备高自由度、高结合强度、高性能铜、铝合金涂层复合材料产品为目的,结合自蔓延高温合成(SHS)与真空消失模铸造工艺,在浇铸过程中利用金属液的热量引燃涂层的SHS反应,在驱动力作用下金属液渗入并填充涂层产物孔隙,实现涂层-基体复合材料短流程制备:运用物相分析、性能测试等综合试验手段,开展了铜基、铝基表面SHS涂层制备技术研究,为SHS涂层技术在有色金属基体制备的推广应用提供理论依据和技术支撑。本文选择Ti-C与Ti-C-B4C两种主反应体系,分别在纯铜基体、纯铝基体、ZL205A铝合金基体表面合成制备TiC、TiC-TiB2两种陶瓷相作为涂层的硬质相的涂层复合材料。在Ti-C体系中添加Cu粉,使反应体系更易出现液相,促进反应的进行,可缓解Cu基体的“淬熄”效应,消除石墨相。Cu粉添加量为5wt.%时涂层表现出相对最为均匀的组织分布与较为优异的硬度(165HB)、热震结合强度与耐磨性能。将CuO-Al反应体系引入Ti-C反应,通过CuO-Al体系反应放热实现对涂层整体反应的“温度补偿”,可以消除Cu基体带来的“淬熄”效应,得到最终产物TiC与α-Al2O3。TiC颗粒多为1-10μm球状或近似球状;Al2O3颗粒相较TiC颗粒更大,并且被TiC颗粒团聚包裹,二者界面结合平整光滑。CuO-Al体系反应最适宜加入量为9.09 mol.%,SHS涂层硬度最高(197HB),与Cu基体热震结合强度较高,耐磨性为Cu基体10倍以上,并且随载荷的变化表现出良好的稳定性。PTFE(聚四氟乙烯)与Ti于470-550℃发生强放热反应,借此实现铝合金铸造温度下Ti-C、Ti-C-B4C等SHS反应的引燃。各自涂层中产物为粘结相Al与硬质相TiC或TiC-TiB2,TiC颗粒细小,出现部分团聚现象;大量细小的TiB2颗粒镶嵌于大片的TiC颗粒之上。最适宜的加入量为在Ti-C体系中PTFE加入量为5.8wt.%,涂层硬度值最高(最高值115HB),经由剪切试验判断与基体结合强度较高(193MPa),在不同载荷下耐磨性最为稳定、优异;在Ti-C-B4C体系中PTFE加入量为3.8wt.%,涂层区域硬度值最高(最高值295HB),经由剪切试验判断与基体结合强度较高(160MPa),在不同载荷下表现出稳定的耐磨性能。TiC-TiB2原位颗粒强化的SHS涂层具有良好的热稳定性,热处理前后未出现明显变化。原料中难熔粉末粒度越细,反应速度越快,反应速度与难熔粉末粒度的平方成反比关系。参考Fourier传热模型,构建SHS涂层形成过程中的热平衡方程,涂层形成的过程中,随燃烧波的行进,放热过程为主导过程,维持SHS反应进行完全,保证涂层硬质相的生成;当燃烧波蔓延结束,散热过程为主导,反应区域的温度降低,直至温度随铸件用冷却到室温。计算Al液渗入TiC颗粒间的渗入距离与时间关系,结果表明在相同孔隙率情况下,产物TiC颗粒越粗,金属液渗透速度越快。