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本文采用等离子喷涂在TC4钛合金基体上分别制备了常规Metco130涂层及纳米结构Al2O3-13wt%TiO2涂层,并利用CO2激光器对所制备的涂层进行了激光重熔处理,研究了激光重熔对涂层组织结构及性能的影响。采用X射线衍射分析（XRD）、扫描电镜分析（SEM）、能谱分析（EDAX）、显微硬度试验等方法对激光重熔前后的Al2O3-13wt%TiO2涂层进行了组织结构及性能测试与分析。试验结果表明,采用等离子喷涂方法制备的涂层与基体形成了较好的机械结合,纳米结构涂层的孔隙率低于Metco130涂层。激光重熔后,获得了表面平整,内部无明显裂纹的激光重熔层。等离子喷涂层的缺陷得以消除,重熔层孔隙率降低,致密度得到了较大提高,且重熔层与基体形成了冶金结合,结合状态良好。微观组织结构分析表明,等离子喷涂层中相成分主要包括α-Al2O3相、γ-Al2O3相、TiO2相及一部分非晶相。激光重熔后,等离子喷涂层中亚稳的γ-Al2O3相全部转化成了稳定的α-Al2O3相。此外,在重熔过程中, Al2O3和TiO2反应生成了Al2TiO5相,且基体中有部分活性元素Ti渗入到熔池中。粒径分析结果表明,等离子喷涂Al2O3-13wt%TiO2涂层及激光重熔后的Al2O3-13wt%TiO2涂层均处于纳米结构。等离子喷涂纳米结构涂层中主要有两种组织,即熔凝组织和三维网状组织。激光重熔后,纳米结构重熔层组织具有明显的区域特征,在不同区域发现了柱状晶,胞状晶及其混合组织,这是由不同温度条件、不同冷却速度及熔池中不均匀传质等综合因素引起的。等离子喷涂层的显微硬度约为HV7001050,是钛合金基体材料显微硬度值的23倍。激光重熔后,重熔层的显微硬度可达HV8001300,其硬度值相对于等离子喷涂层又有了较大提高。在等离子喷涂及激光重熔过程中,纳米结构涂层表现出了组织结构遗传性。在纳米结构可喷涂喂料中发现了黑白相间的网状组织,等离子喷涂后,网状结构的组织保留到喷涂态的涂层中,最后,在纳米结构重熔层中,仍然可以看到球形放射状组织中包含有网状特征的组织。