激光熔覆具有熔覆层组织致密、涂层与基体结合良好、稀释率及变形小等优点。钴基合金因具有高硬度，以及较好的耐磨性、耐高温性和耐蚀性等特点，在激光熔覆中得到广泛使用。本文对激光熔覆制备钴基合金涂层的国内外研究现状进行了分析，探讨了激光功率、扫描速度和送粉速率等主要工艺参数对涂层熔覆质量和性能的影响，总结了硬质相陶瓷粉末、稀土和固体润滑剂等添加剂，以及其他辅助工艺对改善钴基合金熔覆性能方面的相关研究。最后对激光熔覆钴基合金的不足和发展趋势进行了总结和展望。

采用激光熔覆技术在GCr15轴承钢基体上制备了钴基合金涂层，对涂层进行了微观组织、显微硬度以及不同载荷下的干摩擦磨损试验研究。结果表明：从熔覆层底部至顶部显微组织分别以平面晶、柱状晶、树枝晶和等轴晶形态分布；由于合金元素的固溶强化、碳化物硬质相的弥散强化与显微组织的细晶强化，涂层的平均显微硬度较GCr15轴承钢提高约1.36倍；随外加载荷的增加，激光熔覆层的平均摩擦系数呈下降趋势，从0.342降至0.261，且波动幅度逐步减小，而磨损率逐渐增大至27.93×10^-2 mm³·N^-1·m^-1，不同载荷下的涂层呈现不同磨损机制，在150 N的载荷下，涂层以磨粒磨损和轻微氧化磨损为主，随着载荷增加到300 N时，涂层以氧化磨损和粘着磨损为主，当载荷达到450 N时，由于形成了稳定氧化釉质层与加工硬化层，涂层的磨损形式以微切削和强塑性变形为主，磨损表面光滑平整。

应用光纤激光器在GCr15轴承钢表面激光熔覆制备钴基合金涂层，运用正交试验研究激光功率、扫描速度与送粉率等工艺参数对熔覆层稀释率的影响，通过极差分析确定影响稀释率的关键因素，基于正交试验结果采用RBF神经网络建立激光工艺参数与熔覆层稀释率之间的预测模型，并用测试样本对网络进行检验。结果表明：对稀释率影响最显著的因素为送粉率，由于粉末熔化存在所需能量阈值和“热屏蔽”效应，稀释率并非随着激光功率和送粉率的增大而一直增大或减小，而是存在波动现象；随着扫描速度的增大，稀释率不断变小，稀释率的变化由各熔覆工艺参数交互作用决定。经过试验数据训练后的RBF神经网络模型可以实现对不同激光工艺参数下制备的钴基涂层稀释率进行预测，预测值和试验测得值之间的相对误差都在6%以内，具有较高的预测能力。

整体式阀门阀座是超（超）临界火电机组中的关键重要部件。实现阀门密封面的现场修复是火电装备制造领域的研究热点之一。本文针对火电机组阀门常用SA182 F91耐热钢开展了激光熔覆Stellite 6钴基合金修复试验研究，通过改变工艺参数制备了一系列熔覆厚尺寸修复试样，并开展了金相、硬度、三点弯曲、室温冲击等分析测试。结果表明：激光熔覆Stellite 6钴基合金组织具有典型的外延生长凝固特征，主要由面心立方γ-Co固溶体组成；修复试样的硬度可达450~500 HV，抗弯强度可达1246~1582 MPa，室温冲击功可达40~60 J，修复层与基材的结合强度高。熔覆层内易出现气孔、熔合不良等缺陷，熔覆工艺参数的选择应遵循能量密度低、可靠性高的原则。

采用YLS-3000光纤激光器开展了激光熔覆钴基高温合金实验,通过光学显微镜、显微硬度计表征了激光熔覆钴基高温合金的宏观形貌、显微组织和显微硬度。结果表明:由于激光熔覆过程前序熔覆对后续熔覆有预热作用,在不同激光熔覆参数作用下,熔覆层的宽度分别由起始的4.84,5.17,5.88 mm逐渐过渡到熔覆末尾的5.28,6.61,6.78 mm,激光熔覆区域的上表面形貌为喇叭形;由于激光熔覆的送粉方向和相邻的激光熔覆对基体的预热作用,激光熔覆形貌为非对称性月牙形;在表面熔覆层中心区域可观察到等轴晶,在内部熔覆层中部可观察到非均匀树枝晶。由于激光熔覆过程的非平衡凝固、不同区域的加热和冷却速度差异,熔覆层的硬度呈现非均匀性分布,且都高于基体硬度。

采用光纤激光在不锈钢上制备得到了Stellite 6涂层。观察不同温度热处理对显微组织的影响。以氧化铝作为对磨件,在销盘式高温摩擦试验机上研究了涂层在不同温度下(600,700,800,900 ℃)的摩擦磨损行为,以确定涂层适用的工作温度区间。结果显示涂层物相主要为fcc和hcp型富Co固溶体以及碳化物共晶组织,700 ℃时涂层显微组织稳定,800 ℃和900 ℃热处理后涂层共晶组织分解严重,并伴有细小颗粒二次析出,富Co固溶体在700~800 ℃之间从fcc型转变为hcp型。Stellite 6高温摩擦时,磨损主要发生在摩擦初期,一旦釉质层形成,磨损量大幅下降,在700 ℃下涂层磨损量最小。600 ℃时的高温摩擦机制是犁削磨损和黏着磨损,涂层表面能形成少量与涂层结合不紧密的釉质层;700 ℃和800 ℃时转为磨粒磨损和黏着磨损,釉质层致密;900 ℃时涂层因过度软化而在摩擦初期就发生严重的塑性变形。可以推断Stellite 6的合适工作温度在700~800 ℃之间。

在316不锈钢表面进行激光熔覆Stellite 3、Stellite 21与新型Co基合金(Co-3)试验, 分析了熔覆层的显微组织及相成分, 研究了硬度分布和耐擦伤机理。试验结果表明, Co-3显微组织均匀、致密, 无裂纹与气孔, 其强化相主要为(Co,W)3C、Cr23C6、Cr7C3和Co3Mo。熔覆层的平均显微硬度约为624 HV0.2, 较基体提高3倍以上。Co-3的耐擦伤性能明显优于316基体的, 在载荷为0~150 N的情况下, 当划痕长度s≤3.3 mm时, 擦伤机理主要是塑性变形; 当划痕长度3.3 mm＜s≤6.9 mm时, 擦伤机理主要是塑性变形引起的晶粒滑移与微裂纹形成; 当划痕长度s＞6.9 mm时, 擦伤机理主要是裂纹扩展与塑性去除。

针对热作模具用H13钢工况下易产生热疲劳失效的问题,采用Nd: YAG激光器在H13钢表面制备Co基合金涂层。利用光学显微镜、扫描电镜、能谱仪和X射线衍射仪,对涂层组织、合金元素分布及物相组成进行检测。利用显微硬度计和热震实验法,测试热疲劳对Co基合金涂层和淬火回火态H13钢硬度影响。结果表明,Co基合金涂层从底部到表层,依次为平面晶、胞状晶、树枝晶和等轴晶。Co基合金涂层物相主要由γ-Co和M23C6相组成,热疲劳后涂层表面形成M2O3和M3O4(M=Fe,Co,Cr)氧化物。Co基合金涂层硬度最高可达706HV0.2且呈梯度降低; 热循环1000次后,Co基合金涂层表面硬度降低24.4%,H13钢表面硬度降低37.7%,Co基合金涂层硬度下降幅度低于H13钢。热循环1000次后,Co基合金涂层表面未发现明显热裂纹,H13钢表面形成大量网状热裂纹。Co基合金涂层中,Cr元素形成致密Cr2O3氧化膜使其热疲劳性能优于H13钢。

针对现有表面熔覆方法所采用的单一热源特性调控范围窄, 熔覆效率低, 稀释率大, 裂纹倾向明显, 成本高等问题, 提出采用一种大光斑半导体激光与TIG电弧复合热源可调控的表面熔覆方法。以Q235为母材, 在建立的热源可调控试验系统上, 进行大光斑半导体激光热源、大光斑半导体激光与TIG复合热源表面熔覆Co06粉末工艺试验, 分析了不同热源及参数对于熔覆层形貌、宏观尺寸、稀释率等成形特征的影响规律。结果表明, 相比大光斑半导体激光熔覆, 大光斑半导体激光与电弧复合表面熔覆方法, 可以显著降低所需激光功率, 在减小激光热冲击作用的同时降低生产成本。70 A＋500 W复合熔覆层表面和剖面形貌, 与1 300～1 500 W大光斑半导体单激光的熔覆效果基本相似, 高宽比减小35%, 稀释率减小27%。通过对复合热源特性的调控, 可有效提高生产效率, 为高性能的表面熔覆提供一种新方法。

在410不锈钢阀座密封表面激光熔覆Co基合金涂层, 进行金相分析、硬度测试、扫描电镜观察, 分析不同Co基粉末在不同的工艺参数下的成形性和组织、性能, 以及后续热处理对激光熔覆层的影响, 并对得到的改性层进行摩擦学性能测试。结果表明, Co-1和Co-2为主体粉末制得到的熔覆材料具有良好的成形性, 随着扫描速度增大, 熔覆层宽度减小, 硬度增大, 裂纹敏感性增大; 热处理对熔覆层硬度影响不大, 但能够明显降低HAZ的硬度。优化工艺为激光功率3.5 kW, 扫描速度100～150 mm/min, 利用Co-1和Co-2为主体粉末制得的熔覆材料进行激光熔覆, 然后进行高温回火, 可在不锈钢表面获得成型性和耐磨性优异的熔覆涂层。