根据生物耦合现象及仿生耦合理论来创建仿生耦合抗疲劳模型，利用激光在灰铸铁表面模仿生物体表形态加工仿生耦合单元体，并使仿生耦合单元体按生物体表的规律组合，与灰铸铁表面形成类似生物体表形态的表面，实现提高灰铸铁的抗热疲劳性能的目的。本文采用激光合金化和激光熔覆技术进一步增强仿生耦合单元体，重点研究了激光合金化预置合金粉末涂层厚度，激光熔覆自熔合金粉末填充槽尺寸，以及单元体区域的合金元素分布、相组成和显微组织特性；研究了不同合金成分、不同自熔合金种类对仿生耦合灰铸铁抗热疲劳性能的影响规律。研究发现，激光合金化和激光熔覆制备的增强仿生耦合单元体组织较基体组织明显改变，分布于仿生耦合处理表面的增强单元体不仅能提高热疲劳裂纹萌生抗力，而且有效抵御了热疲劳裂纹的扩展，显著提高了铸铁的抗热疲劳性能；不同合金成分（25Ni75Cr、50Ni50Cr、75Ni25Cr）仿生耦合单元体对灰铸铁抗热疲劳性能的影响不同；不同自熔合金种类（Fe30A、Ni45、Co50）仿生耦合处理表面对抗热疲劳性能不同。