钛合金具有诸多优异的性能,在航空航天、石油开采、生物医疗及特种装甲等领域中得到广泛应用。然而其表面性能的不足同样也限制了其应用范围,使用激光熔覆技术在钛合金表面制备一层性能优异的表面涂层可有效改善其表面性能不足的缺陷。本文使用TC21钛合金作为基体,通过使用激光熔覆技术,设计并制备Ti-Al基复合粉末,成功制得一层性能优异的涂层,分别研究WC含量变化、激光工艺参数及CeO2添加量对涂层组织与性能的影响。使用XRD、EPMA及SEM对熔覆层组织及成分进行分析;使用显微硬度计及磨损实验对熔覆层性能进行测量,综合组织、成分的特点及性能的变化讨论工艺参数及WC、CeO2含量变化对涂层的影响。通过激光熔覆技术成功在钛合金表面制备Ti-Al/WC复合涂层,分析结果表明:添加WC后,Ti、Al、WC混合粉末在激光束的辐照作用下发生了原位反应,生成了具有增强作用的Ti-Al金属间化合物Ti Al、Ti3Al及碳化物Ti C、Ti2Al C。随WC含量的增加,原位生成的增强相的随之增多,熔覆层硬度及耐磨性得到显著提升。当WC含量为20wt.%时,熔覆层的耐磨性最佳,约为基体的4.2倍,硬度约为基体的1.75倍。为探究激光工艺参数的变化对熔覆层的影响,设计了9组不同激光功率与扫描速度搭配的方案。实验结果表明:在激光能量密度相近时,激光功率对熔覆层稀释率的作用要强于扫描速度。虽然稀释率由激光功率及扫描速度协同作用所控制,但是激光功率主要影响熔覆层的宽度及基体熔化区的深度,其作用远大于扫描速度;熔覆层高度主要受扫描速度控制,但其作用只稍大于激光功率,整体稀释率受激光功率的影响较大。结合稀释率的大小,发现激光功率为1000 W,扫描速度为4 mm/s时熔覆层质量最好。在对熔覆层组织的研究中发现,熔覆层组织一定程度上受激光能量密度的控制,激光能量密度决定了熔覆层的能量输入及熔池的存在时间,从而影响熔覆层温度梯度、冷却速度及过冷度等,进而改变熔覆层组织的形态及大小,一定程度上影响了熔覆层的力学性能。当激光功率为1200 W、扫描速度为5 mm/s时,耐磨性约为基体的3.51倍,硬度约为基体1.61倍,稀释率相对较低。CeO2具有改善涂层质量,减少裂纹、气孔等缺陷的作用,在已有Ti-Al/WC复合涂层中添加不同含量CeO2,研究CeO2的变化对涂层的影响。实验表明:添加CeO2后,熔覆层物相组成整体变化不大,检测出少量CeO2,以白色颗粒状在组织中存在;CeO2在晶界处钉扎,起到了细晶强化的作用,组织随CeO2添加量的增加逐渐细化,整体更加均匀致密;通过对硬度进行测量,发现硬度随着CeO2添加量的增加逐渐减低,虽然CeO2一定程度上促进了晶粒的细化,但熔覆层中Ti C等增强相在CeO2添加后形态发生了变化,对熔覆层的增强作用逐渐减弱,致使硬度不增反减;当含量为0.8 wt%时,熔覆层磨损量最低,约为0.0012 g,此时具有最佳的耐磨性能,这与其较低的摩擦系数有关。