磨损、断裂是引起金属零部件失效的主要原因,且这些失效形式往往发生于材料表面,故提高金属零部件的表面性能,延长其使用寿命,具有重要的理论意义和实用价值。本文以工业中被广泛使用的45钢为试验材料,首先通过正交试验方法研究了离焦量、电流、扫描速度等工艺参数对淬火层硬度的影响,优化了激光淬火工艺。然后在仿生学研究的基础上,以叶片、土鳖虫鞘翅、蜻蜓翅膀、贝壳、蜥蜴角质鳞片等具有良好耐磨性或抵抗断裂能力的生物体表作为设计原型,设计并制备了激光仿生强化单元体,并研究了各种激光仿生强化单元体的磨损性能和拉伸性能。结果表明：1.影响淬火层硬度的主要因素是离焦量,其次是电流；最佳的激光淬火工艺参数为离焦量22.5mm、电流210A、扫描速度300mm/min;45钢经最佳激光淬火工艺,搭接率为44%的多道扫描激光淬火处理后,由表及里依次为完全相变硬化层、热影响区和基体,其中完全相变硬化层的组织为针状马氏体和残余奥氏体,深度为0.48 mm,硬度为842HV,比45钢整体淬火提高18%,热影响区的组织由完全马氏体逐渐转变为珠光体和铁素体组织,厚度为0.1～0.2mm,硬度从823HV到438HV呈梯度分布；相邻道与道之间的表面硬度从842HV到450HV呈梯度分布,热影响区宽度为0.3mm。2.点状、条纹状、网格状激光仿生强化单元体的磨损率分别为1.70×10-5mm3/(m·N)、 1.33×10-5 mm3/(m·N)、9.34×10-6 mm3/(m·N),基体的磨损率为2.38×10-5 mm3/(m·N),搭接试样的磨损率为1.54×10-5mm3/(m·N)。激光仿生强化试样和搭接试样的耐磨性均优于基体试样。从搭接试样和激光仿生强化试样的对比可见,搭接试样的耐磨性优于点状激光仿生强化试样,低于条纹状和网格状激光仿生强化试样。对比激光仿生强化试样的耐磨性可知,网格状激光仿生强化试样的磨损率最小,耐磨性最佳,条纹状激光仿生强化试样次之。3.激光仿生强化试样的抗拉强度和屈服强度均优于基体试样。在本文所研究的单元体形状中,条纹状试样的抗拉强度和屈服强度最高,较基体试样分别提高了10.8%和24.1%：网格状仿生强化试样次之,其抗拉强度和屈服强度分别提高了3.3%和16.7%;点状仿生强化试样的抗拉强度和屈服强度提高较低,分别为2.3%和12.2%。激光仿生强化处理的强化作用主要来源于单元体显微组织的变化和拉伸过程中拉应力由基体向单元体的传递。由于基体和单元体间的应力传递,故在相同载荷下,仿生强化试样基体中承受的拉应力要低于未处理试样,只有进一步增加载荷才能使其达到对应的临界应力,因此,激光仿生强化试样获得了更高的强度。