低陶瓷含量网状结构钛基复合材料具有高比强度、比刚度、良好的塑韧性、抗蠕变、耐热性等优异综合性能,在航空航天等领域具有广泛的应用前景,有望替代钢和高温合金达到减重40%以上的效果,但因硬度低耐磨性不足严重制约了高强韧网状结构钛基复合材料作为耐磨构件的应用。通过增加复合材料中的陶瓷相含量可提升其硬度与耐磨性,但强度和塑性急剧下降。如何实现钛基复合材料高强韧与高耐磨性一体化,成为推广其在高耐磨关键构件应用的重要前提条件。本文利用低成本高效率的TIG电弧熔覆工艺,以Ti6A14V（简称Ti64）合金粉、TiB2粉和石墨粉为原料,创新性地在高强韧网状结构钛基复合材料表面设计并制备出一定厚度的较高增强体含量（20-50 vol.%）TiB单一强化与不同配比（3:1、1:1、1:3）TiB+TiC混合强化钛基复合涂层,从而大幅提升表面耐磨性。对涂层的组织特征与演变机制、复合材料界面特性、硬度与强化机理及摩擦磨损性能等进行了研究。研究表明,随着陶瓷相含量由20vol.%增加至50vol.%,钛基复合涂层组织由均匀分布变转为沿涂层纵向分布的双层组织:上部为经溶解析出机制形成的两级尺度粗大棱柱状初生TiB相、TiC枝晶相与细小共晶陶瓷相,混合强化涂层中还形成了 TiB-TiC“嫁接”生长的共生结构组织,下部经热扩散反应原位合成均匀分布的小尺寸短棒状TiB或球形TiC颗粒。TiB与合金基体界面干净,但部分TiC颗粒与基体之间经包晶反应形成90-140 nm厚的Ti3AlC界面反应层;同时涂层中钛合金基体组织明显细化,并且过饱和固溶原子含量增加,有利于提高涂层硬度和耐磨性。另外,涂层组织与电弧热输入大小密切相关,热输入过低会导致涂层熔化不充分,与基底材料结合较差;随着热输入量的增加熔覆层中初生陶瓷相尺寸与含量减小,并且因稀释率增加使得涂层增强相含量降低,优化的热输入参数为162.7 J/m~2,此条件下涂层与基底形成高强度冶金结合界面,热影响区中的网状结构得以保留。深入分析发现,TIG熔覆TiB+TiC混合强化涂层中经快速熔化与凝固形成了微米级Ti-TiB-TiC共生结构组织,在初生TiB内部存在TiC颗粒和Ti基体相。利用高分辨表征出共生结构内部界面取向关系为:a)[2110]α-Ti//[111]β-Ti,（0001）α-Ti//（110）β-Ti,（0111）α-Ti//（101）β-Ti;b)[010]TiB//[2110]α-Ti,（001）TiB//（011 1）α-Ti;c)[010]TiB//[111]β-Ti,（001）TiB//（101）β-Ti;d)[101]TiC//[2110]α-Ti,（111）TiC//（0110）α-Ti;e)[112]TiC//[010]TiB,（220）TiC//（102）TiB。标定出上述相界的接触面,并通过第一性原理计算阐明B原子终端{201}TiB//{0001}α-Ti界面模型由于形成界面Ti-B离子键具有较高的界面稳定性,界面形成能（γ）和分离功(Wsep)分别为1.442 J/m2和4.95 J/m2,该界面结合强度高于α-Ti内部强度;TiC/α-Ti的接触面为（111）TiC//（0110）α-Ti,其中C原子界面终端的界面分离功高于Ti原子终端;陶瓷相之间{220}TiC//{102}TiB界面γ和Wsep分别为3.32 J/m2和5.78 J/m2,TiC/TiB界面处形成强B-C共价键有利于提升界面结合强度。对钛基复合涂层硬度分析结果表明,增加增强体含量和降低热输入有利于提升涂层宏观硬度,50 vol.%TiB强化涂层在162.7 J/mm热输入下硬度为HRC 60,高出基底材料（HRC 33.3）80.2%。通过局部小载荷维氏硬度测试探明了棱柱状初生TiB相的硬度值表现出各向异性,其基面硬度值（1935.3 HV）高于棱柱面硬度值（1797.4HV）,硬度的各向异性源于TiB内部B-B共价键排布方向。TiB+TiC混合强化涂层硬度随着TiC 比重的增加而增加,最高可达HRC 62.1。一方面,TiB-TiC共生结构硬度（2107.5 HV）高于单一 TiB相或TiC相,其保留了 TiB的较大长径比具有优异承载性能;另一方面,混合强化涂层的固溶强化效果更好,基体区域硬度达到606.5HV,高于TiB单一强化涂层中的基体硬度（555.4HV）。维氏硬度与纳米压痕测试结果表明钛基复合涂层中尺寸较大的初生陶瓷相较细小共晶陶瓷相具有更高的硬度与承载能力。涂层的强化机制主要为:初生陶瓷相直接承载强化、共晶陶瓷相的载荷传递强化、Ti64基体区域的细晶强化与固溶强化。钛基复合涂层磨损性能测试表明,涂层耐磨性随着TiB含量的增加以及TIG熔覆热输入的降低而提升,在162.7 J/mm条件下制备的50 vol.%TiB强化涂层体积磨损速率为2.65×10-4 mm~3·N-1·m-1,与基底材料(6.78×10-4 mm~3·N-1·m-1)相比下降幅度达60.9%。与TiB单一强化涂层相比,TiB:TiC配比为3:1、1:1、1:3的混合强化涂层磨损率分别降低了 71.5%、52.6%和72.3%,耐磨性进一步提升。网状结构钛基复合基底磨损机制主要为粘着磨损、磨粒磨损、氧化磨损和轻微的剥层磨损。高含量钛基复合涂层磨损机制为剥层磨损、磨粒磨损和氧化磨损,优异的耐磨性主要依靠陶瓷相的支撑保护抵抗擦伤及钉扎磨屑与氧化物的缓冲润滑作用,此外钛基体组织细化与固溶强化效果同样有利于提升耐磨性。500℃时,复合材料涂层耐磨性与室温相比有所下降,其中混合强化涂层下降幅度大,其高温耐磨性明显低于TiB单一强化涂层,这是由于TIG熔覆TiB+TiC混合强化涂层中存在不满足化学计量比的TixC（1<x≤2）相,其内部C空位在高温时容易被氧原子占据引起氧化,导致陶瓷相本身的承载能力和耐磨性下降,进而降低涂层强化效果和耐磨性。