本文首次提出脉冲激光-感应复合熔覆工艺,该工艺旨在实现纯铜表面高效制备具有出色高温耐磨性能的Ni-Cr固溶体增韧Cr13Ni5Si2金属硅化物复合涂层。为铜及铜合金激光表面强化,以大幅提高铜质工件使用寿命提供了一个可行可靠的技术方案。本文针对各工艺参数对于金属硅化物复合层成型规律,复合层微观组织形貌、增韧相和初生强化相体积分数的影响规律进行研究。对脉冲激光-感应复合熔覆工艺中温度场演变特性进行数值模拟分析。对于复合涂层高温耐磨性能进行研究,分析复合涂层室温和高温环境下的磨损机理。主要结论如下:本课题组搭建脉冲激光-感应复合熔覆工艺平台。脉冲激光具有较高能量密度,但周期性输出激光的方式决定粉末沉积效率低并且制备涂层易于开裂,而感应加热的引入正好与脉冲激光的热源特性形成优势互补。由于铜质工件与多数金属粉末润湿性差,制备涂层成型困难,我们设计了Cu基材→Cu-Ni合金过渡层→Ni-Cr-Si三元系金属硅化物复合层的梯度涂层体系。过渡层起到了提高激光吸收率以及改善润湿性的作用。研究了Si含量为6.0 wt.%-7.0 wt.%中四组原始粉末在相同工艺参数下制备图层的组织形貌。结果显示,初生相Cr13Ni5Si2金属硅化物的体积分数伴随着Si含量的增加而增大。初生相和增韧相的体积分数决定涂层的硬度和韧性。实验结果表明当初生相Cr13Ni5Si2金属硅化物的体积分数为82.7%时,涂层在最大程度保证硬度（741HV0.1）的同时,兼顾了良好的韧性。激光脉冲宽度与重复频率二者对于金属硅化物复合层与基材的冶金结合,粉末沉积效率以及成型质量影响最大。窄脉宽高频率时粉末沉积效率高,但单脉冲能量较小,涂层与基材不能实现良好的冶金结合,长脉宽低频率时,涂层与基材结合良好但是粉末沉积效率低。涂层成型质量,例如有无脱落,开裂等缺陷,则对于激光功率的变化较为敏感。感应加热引入对于提高涂层沉积效率,以及减小裂纹,提高成型质量有着巨大的作用。当感应加热温度为750°C,涂层既保证了良好的沉积效率和成型质量,同时又完全消除了裂纹气孔等缺陷。激光脉冲的脉宽和频率,以及感应加热温度对于复合层组织形貌及初生相体积分数影响较大。这主要是由于脉宽和频率对激光单脉冲能量影响更大,而感应加热也对于涂层结晶凝固过程中所注入的能量大小起到比较大的作用。脉宽增加,单脉冲能量急剧增大,随之初生相Cr13Ni5Si2体积分数增高。但过高的脉冲宽度（或者说过大的单脉冲能量）和过高的感应加热温度,使得初生相Cr13Ni5Si2体积分数过大,复合层韧性变差。数值模拟表明,涂层-基材纵向存在较大的温度梯度,并且最大的温度梯度集中在涂层的中下部区域。感应加热辅助脉冲激光熔覆可以明显减小涂层中下部的温度梯度,在750°C感应加热辅助脉冲激光熔覆时,该区域温度梯度约为单纯脉冲激光熔覆工艺的1/3,极大减小该区域内的纵向的热致应力。由于激光热源移动和周期性输出的特点,复合涂层内部在沿激光运动路径方向上也存在剧烈的温度变化。对于单纯的脉冲激光熔覆而言,在激光脉冲刚刚完成输出之后的脉冲间隔期内,激光作用区域沿路径方向产生很大的温度梯度。脉冲激光-感应复合熔覆工艺可以大大减小这种温度梯度,模拟结果显示在750°C感应加热辅助脉冲激光熔覆时,沿路径方向产生的温度梯度仅为无感应加热熔覆时的49%。Cr13Ni₅Si₂基金属硅化物涂层室温耐磨性能与目前结晶器铜板广泛使用的等离子喷涂NiCr/Cr3C2硬质合金涂层接近,但高温耐磨性能出色许多。在500°C高温磨损中,NiCr/Cr3C2硬质合金涂层耐磨性能下降49%（相比于其室温耐磨性）,而Cr13Ni5Si2基金属硅化物涂层仅下降0.17%。Si3N4磨球-Cr13Ni5Si2复合涂层摩擦副组合的室温磨损机理主要为二体磨粒磨损。在500°C高温磨损中,由于高温环境加上摩擦过程产生的高温,使得涂层表面生成具有低摩擦系数的镍基氧化物膜层,阻隔了磨球和金属硅化物涂层直接的磨粒磨损,避免Cr13Ni5Si2金属硅化物初生相的脱落。随着磨球与氧化物膜层的相对运动而发生氧化物磨屑脱落是造成磨损失重的主要机理。