为了增强锆合金管在核设备的应用中的耐磨损、耐腐蚀性能,本文采用激光熔覆技术,通过设置粉末体系、预置涂层厚度以及调节激光工艺参数,在Zr-4合金板材表面制备出氮化物和氧化物复合陶瓷涂层,并分析了熔覆层的显微组织形貌、物相成分、显微硬度、摩擦磨损性能、宏观形貌、界面结合状态。得到的主要实验结果和结论如下:(1)当预置涂层厚度为0.3mm时,多道搭接提高了涂层与基材的结合强度,有效改善了熔覆层表面的形貌和平整度,在激光功率P=2.0kw,扫描速度v=12mm/s的激光工艺参数下获得表面无气孔和裂纹等缺陷的涂层。当预置涂层厚度为0.1mm,在低激光能量密度下,添加纳米颗粒能细化涂层组织,但是降低了涂层表面质量;在高激光能量密度下,添加纳米颗粒改善了涂层表面形貌和平整度,但是并无明显细化晶粒的作用。(2)激光熔覆表层主要由TiN、ZrN和t-ZrO2、m-ZrO2相组成,还含有少量的TiZrN2相。中部主要由α-Zr、ZrN、TiN相构成,添加5%纳米TiN的涂层中部含立方TiZrN2相。(3)单道熔覆表层主要由树枝状、球状组织构成,底部由针状、颗粒状组织构成,随激光功率的增大,球状组织含量减少,树枝状增加。多道搭接熔覆表层由树枝状、球状、颗粒状、晶间无定型组织构成,底部由针状、颗粒状、细小的树枝状组织组成,随着涂层深度增加,氮化物和氧化物含量逐渐下降。在厚预置涂层的激光熔覆中,添加5%纳米TiN颗粒增加了非均匀形核数目,细化了涂层组织。(4)激光熔覆层硬度值随深度增加逐渐减小,最高显微硬度在1130~1450HV0.1之间,相比基材(180HV0.1),提高了7倍。在室温干滑动摩擦磨损实验中,相对于基材,激光熔覆层的磨损量均减少,Zr合金的磨损形式为粘着磨损,亚微米级TiN粉末涂层以磨粒磨损为主,伴随着粘着磨损,添加纳米TiN和富氮型TiN粉末的磨损形式为磨粒磨损。其中添加5%纳米颗粒的涂层耐磨性最好。