钛合金作为高性能材料,具有比强度高、密度低、耐蚀性好的特点,是航空航天、石油化工、生物医疗等领域中的热门研究材料。但钛合金表面硬度低、耐磨性差,应用范围受限。本文采用激光熔覆技术,在TC18钛合金表面制备Ti-Al基复合涂层,以提高钛合金表面的硬度和耐磨性。本文选用熔覆材料为Ti粉、Al粉和Si₃N₄粉末,结合X射线衍射、扫描电子显微镜、能谱仪、电子探针显微镜、显微硬度实验和摩擦磨损实验等材料测试分析手段,探究工艺参数、Ti-Al原子比和Si₃N₄含量对熔覆层组织和性能的影响,并得到优化后实验参数。采用不同工艺参数制备等Ti-Al原子比的熔覆层,分析发现,激光功率和扫描速度影响熔覆层宏观形貌、TiAl相细晶化程度和力学性能。激光功率1100-1300 W,扫描速度4-5 mm/s的熔覆层性能最优,平均硬度550 HV,为基体的1.8倍,耐磨性为基体的3.4倍。采用优化后的工艺参数制备不同Ti-Al原子比的熔覆层,分析发现,随着Al元素比例提高,熔覆层逐渐失去金属光泽,显微组织变化顺序为网篮状Ti₃Al——板条状Ti₃Al——树枝状TiAl——等轴状TiAl₃,Ti-Al原子比为2:1时熔覆层组织的形貌特征不明显。随着Al含量提高,熔覆层显微硬度降低,耐磨性先增后减,Ti-Al原子比3:1熔覆层平均硬度最高,为630 HV,约为基体的1.9倍,Ti-Al原子比1:1熔覆层耐磨性能最好,约为基体的3.4倍。Ti-Al原子比1:1熔覆层综合力学性能最佳。采用优化后的工艺参数和最佳原子配比制备不同Si₃N₄含量的熔覆层,分析发现,熔覆层出现新物相TiN和Ti₅Si₃,随着Si₃N₄含量提高,熔覆层宽度、高度减小,基材熔深和稀释率增大。加入Si₃N₄后熔覆层组织出现分层现象,Si元素在熔覆层底部主要以Ti₃Al/Ti₅Si₃共晶组织存在,在熔覆层顶部以片状Ti₅Si₃组织存在;N元素在熔覆层底部以颗粒或棒状TiN存在,在熔覆层顶部主要以颗粒状TiN和细针状TiAl_xN_y存在。添加15 wt%Si₃N₄熔覆层平均硬度最高,为910 HV,约为基体的3.0倍。添加10 wt%Si₃N₄熔覆层耐磨性能最好,约为基体的4.8倍。添加10 wt%Si₃N₄熔覆层综合力学性能最佳。