针对锆合金在作为人体植入物时存在生物摩擦学性能差、服役时间短的问题,通过激光渗碳方法制备出表面含有碳化物和氧化物的复合涂层,以此来改善其抗磨性、抗腐蚀性。本文采用数值模拟和实验研究相结合的方式,通过ANSYS软件来获知激光辐照过程中试样温度场的分布及变化规律,以此进行激光工艺参数的预优化,并对渗碳后试样的宏观形貌、显微组织形貌、表面物相组成、显微硬度、耐磨性、耐腐蚀性进行观测与分析。其研究内容和研究结果如下:(1)基于传热学原理、激光与物质间的相互作用,建立了激光渗碳温度场的数学分析模型,对基材和涂层的热物性参数、相变潜热、热辐射、空气自然对流等温度影响因素进行了考虑,并实现了激光热源的连续移动加载。(2)通过CFD-Post后处理软件,分析了激光辐照过程中试样的温度分布及变化规律,讨论了激光功率、激光扫描速度对试样温度分布的影响,并以此建立了激光工艺参数预优化准则,进而获得了表面涂覆有石墨浆料试样的激光工艺参数范围。(3)对锆基材进行激光渗碳后,由于石墨粉末在熔池中出现了显著的分解和溶解,其表面出现了锆的碳化物相。通过调整激光工艺参数,获得了表面平整度较好、厚度均匀、无孔洞和裂纹等缺陷的渗碳层。(4)对于粉末厚度为50μm的试样,激光能量沉积密度的大小对试样的显微组织形貌具有重要的影响。当激光能量沉积密度为10J/mm~2时,其表层主要由颗粒状、胞状组织构成,中部区域由不规则岛状、板条状组织构成,结合区由平面晶及少量的棒状组织构成;当激光能量沉积密度为8.33 J/mm~2时,其渗碳区、热影响区、基材区之间的分界线较为明显,渗碳层的厚度约为25μm;当激光能量沉积密度为5.71 J/mm~2时,其渗碳区域的组织得到了细化,并且在不规则枝状组织周围弥散着大小不一的ZrC颗粒。对于粉末厚度为100μm的试样,当能量沉积密度为22 J/mm~2时,其渗碳区域主要由细长条状、针状、不规则岛状组织构成。(5)渗碳区域的硬度得到了明显的提升,其最高硬度约为基材硬度的3.5倍。相比于基材的磨损质量,激光渗碳后试样的磨损质量均明显减少,其磨损机制主要为磨粒磨损,并伴有少量的粘着磨损。当采用合适的工艺参数对试样进行激光辐照处理后,其具有比基材更低的腐蚀电流密度,耐腐蚀性能得到了改善。