硼化物陶瓷中的TiB2陶瓷因具有极高的熔点、高的化学稳定性、高的硬度和优异的耐磨耐蚀性,已成为近年来金属陶瓷研究的热点之一。作为一种特异高温性能的功能材料,TiB2的烧结与喷涂却十分的困难,并且难以获得大厚度(cm级)的、结合牢固的致密涂层。等离子熔覆具有设备简单、熔覆效率高的特点,可用于制备大厚度的、致密的含TiB2金属陶瓷涂层。本文采用等离子弧堆焊设备,通过钛合金和硼合金粉末之间的高温冶金反应,在堆焊过程中原位合成TiB2金属陶瓷涂层。利用金相显微镜、扫描电镜、X射线衍射仪、显微硬度计等设备对各熔覆层的组织和性能进行研究。热力学分析和动力学研究的结果表明,在等离子熔覆高温金属陶瓷涂层体系中,TiB2是最容易形成的,形成TiB2的反应速率与熔覆层的温度和钛合金、硼合金粉末的浓度有密切的关系。该涂层的组织研究结果表明,熔覆层中的组织主要由TiB2晶须与Fe-B相组成,不同的粉末成分、焊接电流以及预涂层厚度对熔覆层的冶金过程有很大的影响。粉末成分的熔点越低、密度越小,熔覆层的成型越困难。焊接电流越大,预涂层厚度越小, TiB2的生成越容易。采用等离子弧原位合成的方法,能够通过多道熔覆工艺制备出含TiB2的大厚度梯度涂层,多道涂层的厚度可达4.5mm,涂层中TiB2组织主要以晶须的形式存在。沿熔合线到涂层的顶部方向,TiB2的数量逐渐增多,尺寸逐渐增大。覆层的硬度也呈梯度分布,与组织梯度变化遥相呼应。研究结果表明,可以通过改变熔覆层中B,Ti元素的质量百分比,焊接电流的大小,梯度涂层的设计来控制熔覆层的组织,从而控制熔覆层的性能,解决某些熔覆层的剥落问题。本文的创新点在于成功的利用等离子弧原位合成含TiB2的大厚度涂层。总结了等离子熔覆工艺方法下原位合成金属陶瓷涂层的冶金规律。采用梯度涂层的设计部分解决了热残余应力引起的熔覆层剥落问题。