热喷涂是一种工业中应用十分普及的表面技术,以该技术制备的涂层在工业生产设备、工程装备、车辆等的零部件表面承担着表面防护与功能强化等作用。在这些涂层的服役过程中,变形开裂与脱落是造成失效的主要原因之一。而为了提高涂层对零件变形的承受极限,延长涂层寿命,基体的表面预处理是业界经常采用的方法。织构化是该领域近年来新兴的一种表面预处理形式,它能够对涂层/基体界面结合进行精细调节,达到改善涂层/基体协同变形性能的目的。本文设计了基于不同生物样本的仿生织构以及基于仿生织构的规格化织构,并选取了304不锈钢作为基体,Ni80Cr20合金作为涂层材料。利用激光刻蚀将织构预制在基体表面后再进行喷涂,然后通过拉伸变形试验测试了涂层/基体协同变形性能。使用激光共焦显微镜与金相显微镜观察了织构的表面形貌和试样破坏前后的截面形貌,使用X-射线衍射测量了基体和涂层的残余应力,利用DIC数字图像处理技术和拉伸变形测试取得了各仿生织构方案在变形过程中的表面应变场数据,并综合以上测试结果分析了涂层的破坏行为以及织构对涂层的影响机制。本文的主要内容如下:(1)选取人类指纹、蜻蜓翅片、步甲头胸节背板这3种具有“良好变形能力”的生物样本进行电子显微镜和三维形貌观察后,分析其性能的形态学基础,然后对其特征结构和尺寸参数进行提取并设计了对应的4种仿生织构图案。优化激光加工参数后将织构加工在基体表面,并喷涂涂层。(2)对4种仿生织构方案的试样进行测试,以喷砂方案为对照:以指纹为参考的Tx1与Tx2织构方案拥有最好的性能,其CFS分别为8.51%与8.22%,高于其他方案;以步甲背板为参考的Tx4织构方案性能与喷砂方案较为接近,CFS为7.10%;以蜻蜓翅片为参考的Tx3织构方案性能略逊于喷砂方案,CFS为5.97%;Tx1、Tx2、Tx3织构方案在变形过程中不断萌生小裂纹,而Tx4织构方案裂纹在变形初始阶段萌生后开始扩展,形成大裂纹。(3)将指纹织构进行重新设计后得到规格化指纹织构,然后以沟槽间距为唯一变量对试样进行分组试验。结果表明:沟槽间距的增大使得涂层/基体协同变形性能明显下降,其中最大与最小沟槽间距分别为300μm和700μm,对应的CFS值则分别为8.80%、3.96%;由于织构图案中沟槽取向呈现区域性变化,这导致涂层表面应变数据也出现了区域性特征,应变于云图中出现了带状高、低应变区域;随着沟槽间距的增大,区域边界逐渐模糊且极差减小。