研究所设计Fe基和Co基合金激光熔覆层的组织结构及海水环境下摩擦磨损行为，用于解决地铁ER9车轮钢表面防护与修复问题。采用激光熔覆技术在ER9车轮钢表面制备Fe基合金涂层和Co基合金涂层，利用扫描电子显微镜(SEM)、能谱仪(EDS)和X射线衍射仪(XRD)对比分析了两种熔覆层的微观组织结构、物相及化学元素组成，利用往复摩擦试验机考察了其在海水环境下的摩擦学性能。结果表明：在海水环境下的滑动摩擦中，车轮钢基体表面覆盖了大面积腐蚀产物且呈现出大量平行于滑动方向的沟槽。而在两种熔覆涂层中，铁基合金涂层主要由α-Fe、(Fe,Ni)和Cr7C3等固溶体组成，平均硬度(约638.8 HV)相当于基体(284.8~293.2 HV)的2.21倍，摩擦因数约为0.270，磨损率为9.64×10-5 mm3/(N·m)，磨损机制以轻微磨粒磨损为主，同时伴有腐蚀磨损。钴基合金涂层的结晶相主要是FeNi3相、γ-Co相和Cr23C6相，平均硬度(约467.9 HV)是基体约1.62倍，摩擦因数约为0.225，磨损率为3.06×10-5 mm3/(N·m)，磨损机制主要为轻微氧化磨损。

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。

为改善钛合金（TC4）零部件硬度低、耐磨性差等缺陷，利用激光熔覆技术在TC4表面制备碳化硼/钴基合金（B4C/Cobalt-based）复合涂层。通过有限元法对复合涂层的温度场进行数值模拟，结合复合涂层的表面形貌和显微硬度分析，研究激光功率对单道激光熔覆B4C/Cobalt-based复合涂层的影响。结果表明：随着激光功率的升高，熔池峰值温度升高，热影响区增大，熔池深度增加，宽度几乎无变化；当激光功率为1 600 W时，复合涂层的显微硬度达到最高值，为618.7 HV（2 N加载力），相较于TC4基底提升了79.2%，结合仿真和试验结果揭示了B4C的增强机理。

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。

应用5 kW光纤激光器在试验球阀基材表面熔覆了经过造粒的纳米碳化钨和包含ZrO2、SiO2的钴基合金粉末，观察分析熔覆层的显微组织，测试强化层的显微硬度和摩擦性能。试验结果表明，50%质量分数钴、40%质量分数纳米碳化钨和10%质量分数金属氧化物试样的显微组织均匀、致密，无裂纹与气孔。激光熔覆强化层平均厚度为1.4 mm，强化层与基材之间呈现冶金结合。强化层中存在网络状和点状分布的强化相，网络状强化相主要为WC，网络间弥散分布点状强化相主要为金属氧化物ZrO2、SiO2。强化层表层平均显微硬度在65 HV，较基体材料提高110%以上。在20 ℃和300 ℃环境下，试样磨损量较基材下降75.3%和68.2%。其中，网络状分布的WC强化相提升了涂层的硬度，网络间弥散分布的金属氧化物强化相加强了合金粉末的润湿性，减少了气孔和夹杂的产生，强化层的主要磨损机制为少量粘着磨损，强化层有利于提升球阀的耐磨性和实际工况中的使用寿命。

采用激光熔覆技术在45#钢基材上制备碳化钨/钴基合金复合涂层, 借助XRD、SEM以及硬度测试和室温耐磨实验, 研究复合涂层的组织和耐磨性能。结果表明, 碳化钨/钴基合金复合涂层的组织由固溶体枝晶与枝晶间共晶组织组成, 其枝晶间共晶组织的碳化物含量比钴基合金涂层高; 与钴基合金涂层相比, 碳化钨/钴基合金复合涂层的显微硬度和耐磨性能均明显提高, 且磨损失重减少了48%; 钴基合金涂层的磨粒磨损机理主要为微观切削, 碳化钨/钴基合金复合涂层的磨粒磨损机理主要为挤压剥落。