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。

采用激光熔覆技术在304L不锈钢基体表面制备了Co基高温合金涂层，利用金相显微镜、扫描电镜、能谱分析和 X射线衍射分析了涂层的显微组织、物相组成以及磨损表面形貌，测试了涂层的室温滑动摩擦磨损性能。结果表明: 激光熔覆 Co基合金涂层从底部到表层依次为“胞状晶—粗大枝晶—细小树枝晶”组织，主要由酌-Co固溶体、Fe2Mo相及 Co7Mo6相组成，涂层平均硬度约为 630 HV，是 304L不锈钢基体的 3倍，室温摩擦磨损性能是 304L不锈钢基体的 1~1.5倍。由于难溶元素 Mo的固溶强化及 Fe2Mo及 Co7Mo6硬质相的弥散强化使涂层具有较好的耐磨性能。

在Co基熔覆涂层材料成分与结构设计的基础上，利用脉冲激光诱导原位反应技术，在结晶器Cu合金基体材料上制备陶瓷相增强Co基梯度涂层。利用分析技术对制备涂层的组织结构、成分、性能和涂层形成机理进行了系统研究。结果表明,设计成分的梯度变化成功制备出具有3层梯度的Co基合金涂层，实现了涂层组织与性能的梯度变化。梯度涂层里没有裂纹和气孔缺陷，涂层与Cu合金基体形成冶金界面结合。激光诱导原位生成了纳米级Cr-Ni-Fe-C,MoNi4,Cr7C2,WC1-x等颗粒,起到了增强Co基合金梯度涂层的作用。梯度涂层各层的陶瓷颗粒数量呈现由第1层到第3层逐渐增多的趋势，硬度由铜合金基体的94 HV逐渐增加到最外层涂层的523 HV。涂层中石墨具有改善梯度涂层摩擦性能的作用。

采用5 kW CO2激光器在低碳钢表面熔覆Co基合金涂层及TiN/Co基合金复合涂层, 研究了两种涂层的组织、显微硬度以及滑动磨损性能。结果表明, Co基合金涂层主要组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6等,TiN/Co基合金复合涂层组成相为γ-Co,ε-Co,Cr23C6,TiN和TiC等。Co基合金涂层由发达的γ-Co枝晶和其间共晶组织所组成, TiN/Co基合金涂层典型组织为等轴固溶体以及细小的共晶组织。TiN对熔覆层的组织有显著的改善作用, 促使其组织细化, 树枝晶向等轴晶转化, 同时可显著提高Co基合金涂层的显微硬度及耐磨性能。

以钴为主体的涂层原材料粉末中添加Ni, Cr, Fe, C, Si, W, MgO, Y2O3和纳米Al粉等形成新型合金粉末体系, 在结晶器用Cu-Cr合金表面利用脉冲激光原位制备颗粒增强Co基合金涂层。应用金相显微镜、扫描和透射电镜等分析技术, 对实验制备样品涂层的组织结构进行研究。结果表明, 在优化了粉末成分及激光扫描工艺参数(50 W, 15 Hz, 3 ms, 4.0 mm/s)条件下, 制备出了与Cu合金基体界面冶金结合的钴基合金涂层; 在涂层内部以Co-Cr-W-C为主体元素形成了细晶、高硬度的合金组织, 涂层中原位生成了细小的陶瓷颗粒相, 起到了复合强化作用, 而W, Cr等强碳化物在基体中析出, 起到了弥散强化的作用。涂层中过渡层富Co区的出现导致了富Cu区的产生。

用Co基新合金粉为梯度涂层原材料, 在结晶器用Cu-Cr合金表面利用激光诱导原位制备陶瓷相增强Co基合金梯度涂层。对实验制备样品涂层的组织结构与性能进行了研究。结果表明, 激光制备Co基梯度涂层的工艺参数为：激光平均功率50 W, 频率15 Hz, 脉宽3 ms, 扫描速度4.0 mm/s, 搭接率20%～25%。实验制备出了3层具有不同成分和结构的梯度涂层, 梯度涂层的主要组织是α-CoCr2(Ni, O)4合金相, 而Fe-Ni, Cu-Ni以固溶相的形式存在其中, 梯度涂层的各个分层中原位生成的碳化物陶瓷颗粒的数量、密度都呈现由内层到外层逐渐增大的趋势。梯度涂层的平均显微硬度由铜合金基体的94 HV呈梯度递增加到了最外层的432 HV, 摩擦实验表明梯度涂层的最少磨耗量为0.008 g, 表明激光原位制备的梯度涂层具有良好的耐磨性能。

为了研究TiB₂陶瓷颗粒对激光熔覆Co基合金层的组织及滑动磨损性能的影响，采用5kW CO₂连续式激光器在低碳钢表面激光熔覆Co基合金层和TiB₂／Co金属陶瓷复合涂层。结果表明，TiB₂／Co金属陶瓷复合涂层主要由γ－Co，Cr₂₃C₆，TiB₂，TiC，Co₃Ti等物相组成；Co基合金涂层的典型显微组织主要由发达的树枝晶+枝晶亚共晶组织组成，TiB₂／Co复合涂层的显微组织主要由“梅花状”枝晶+细小共晶组织组成；TiB₂／Co金属陶瓷复合涂层的显微硬度及室温滑动磨损性能明显优于Co基合金涂层。这些结果对激光熔覆金属陶瓷复合涂层相关领域的研究是有帮助的。

采用含有一定量纳米铝粉的钴基合金粉末作为涂层原材料,在结晶器用Cu-Cr合金表面利用激光搭接原位反应制备陶瓷相颗粒增强钴基合金涂层。通过金相显微镜、X射线衍射(XRD)仪、扫描电镜和显微硬度实验等分析手段对实验制备样品涂层的结构和形成机制进行了研究。结果表明,在优化了的激光制备工艺参数(电流175 A,频率15 Hz,脉宽3 ms,速度4.0 mm/s)及搭接率在20%～25%时,在Cu-Cr合金表面制备出了陶瓷相颗粒增强钴基合金涂层。Co基合金涂层和基体间形成了界面的冶金结合。涂层中原位生成了陶瓷相颗粒,最大颗粒的粒径在3 μm左右,多数为细小且呈弥散分布的近似球形颗粒,起到了增强基体的作用。Co基合金的主要结晶方式是以原位生成的陶瓷相为中心,带动周围Co基合金液体结晶,反过来结晶后的合金对陶瓷相进行包裹,控制了陶瓷相的聚合,并使其弥散分布、颗粒细小化。Cu-Cr合金表面涂层的平均显微硬度由基体表面的94HV增到了300HV。