锆合金具有热中子吸收截面小、导热率高、机械性能适中、易于加工,又与UO2相容性好,因此被广泛用作核反应堆的结构材料,如:压力管、容器管、孔道管、导向管等。然而,正常工况下长时间的冷却水腐蚀环境、换料过程中锆合金与栅格格架之间的微动摩损作用,以及非正常工况下的高温水蒸汽氧化问题易导致锆合金的失效。MAX相因其独特的纳米层状结构而兼具陶瓷与金属的特性,使其具有优异的抗辐射、抗氧化、耐腐蚀及耐磨损等性能,可作为锆合金表面防护涂层。本文以R60702锆合金为基体,以TiAl、Ti C和Al粉作为熔覆涂层预置粉末材料,采用激光熔覆技术原位反应合成Ti2AlC MAX多相结构,制备出具有组织致密,良好的冶金结合,优异的抗氧化性能复合涂层。研究激光熔覆工艺参数对复合涂层物相组织结构的影响,深入探究了原位反应过程中MAX相的合成机理,并确定了适用于性能实验的最佳工艺参数;研究了复合涂层的微动磨损性能及高温氧化性能,深入探究了复合涂层的高温氧化机理;进行暴露界面的氧化实验,研究稀释率对界面氧化的影响,深入探究了界面氧化机理。根据实验结果,主要获得如下结论:（1）采用激光熔覆技术制备的涂层与基体呈现良好冶金结合,无裂纹、气孔等明显缺陷;涂层主要由TiAl金属间化合物,Ti2AlC MAX相、Ti C或Zr C增强相,以及少量的Ti3AlC MAX相过渡产物组成;涂层的最高硬度高达848.8HV,是锆合金基体170HV的5倍。（2）通过对熔覆涂层的微观组织结构观察,并结合金属的凝固理论及材料的热物理学性质,得出了Ti2AlC MAX相的两种合成机理,一种为通过Al扩散进Ti C中形成核壳结构的Ti2AlC MAX相,另一种为直接形核反应析出的针状的Ti2AlC MAX相。（3）微动磨损结果表明:复合涂层不同位移幅值的平均摩擦系数呈现先增后减,这与磨屑的排出以及摩擦热有关;不同载荷的平均摩擦系数呈现递增的趋势,这种趋势是由于载荷压力增大,摩擦力也随之变大,进而导致其摩擦系数也相应变大;复合涂层的磨损机理主要是以氧化磨损导致的粘着磨损为主。（4）DTG氧化动力学曲线结果表明:涂层与锆合金的氧化增重为34%与27.64%,它们的理论完全氧化增重为70%与35%,复合涂层的氧化程度只有约一半,而锆合金基体的已经接近五分之四了;复合涂层的增重主要集中在1000℃至1200℃区间,说明在此期间复合涂层快速形成了致密的氧化物膜,阻止后续的氧化过程,复合涂层具有优异的抗高温氧化性能。（5）氧化物膜的微观组织观察结果表明:氧化物颗粒的边缘位置生长速率最快,其次为氧化物颗粒的中心区域,最后为氧化颗粒以外的基体相位置,这与氧化之前复合涂层的组织结构有关,并结合组织结构以及物相晶体结构的特性从原子扩散的机制深入探究其氧化机理。（6）电化学测试结果表明:复合涂层的开路电位（-100m V）高于锆合金（-400m V）,极化曲线中复合涂层的自腐蚀电流比锆合金基体低一个数量级,复合涂层具有优异的耐腐蚀性能;暴露界面的氧化实验表明复合涂层与锆合金会因其各自的耐蚀性不同而存在一种双金属腐蚀效应,并从量子力学的角度分析发生这种效应的机理。