导轨是机床的关键零部件，直接影响机床的加工精度和工作寿命，导轨失效主要表现为磨损失效。随着机床加工向高速高效、高精度、高可靠性方向发展，对导轨的精度保持性和耐磨性提出了更高的要求。灰铸铁因具有良好的铸造性能、切削加工性能和耐磨性能及低成本而被广泛用于制造各类机床导轨。传统的热处理工艺已不能满足机床的进一步发展，因此，研究新工艺对导轨表面进行改性处理以提高其耐磨性和使用寿命势在必行。激光表面处理技术出现后，国内外学者在利用激光处理金属零部件表面质量方面做了大量研究，并成功应用于许多产品表面质量的提高。而近年来出现的仿生技术广泛应用于各个领域，仿生效应在一些摩擦零件表面处理的应用上更是成功实现了耐磨性的提高。本文通过对蚂蚁头部、穿山甲鳞片及贝类形态特征和结构进行模仿，设计出不同形态的仿生耦合模型，并采用激光熔凝工艺，在灰铸铁导轨试样表面加工出所设计的仿生耦合模型，同时采用正交实验对激光熔凝工艺参数进行优化，对其微观组织及性能进行观察测试，最后在油润滑条件下对比测试了激光熔凝仿生耦合试样和常规处理试样的耐磨性能。结果表明，优化后的激光加工参数为：扫描速度0.25mm/s，电流150A，脉宽10ms，频率7Hz；激光加工后的剖面区域可分为熔凝区、相变区、热影响区和基体四部分；激光加工试样熔凝区分布有球状石墨，相变区晶粒尺寸较熔凝区更细小，分布更均匀；激光处理区表面硬度较常规处理有显著提高，其分布无变化梯度；仿生耦合试样的耐磨性相比常规处理试样有大幅提高，这是激光处理区晶粒超细化、硬度提高、仿生效应和球壳状石墨综合作用的结果。