本发明提供了一种抗热疲劳镍基复合涂层及其制备方法和应用，该方法将混合粉料在基体表面进行熔覆，得到镍基复合涂层；所述混合粉料包括镍铬硼硅粉、钼粉和二氧化铈粉。本发明中的镍基复合涂层具有优良的抗热疲劳性能，利于制备和修复工件中的应用。进一步地与现有的复合涂层相比较，本发明优选由等离子熔覆制备而得到涂层，且应用背景通常为灰铸铁缸盖，镍基合金不仅与基体结合紧密，而且空隙率低、粘结性极好，容易磨削和抛光到很低的表面粗糙度，尤为重要的是抗热疲劳性能更加优异。本发明实施例制备镍基复合涂层修复缸盖，修复后的缸盖里程可由10万公里提升到16万公里。