为探究灰铸铁表面激光熔覆镍基WC合金的最佳工艺参数，改善灰铸铁表面熔覆质量，避免因其选择不佳产生缺陷，利用高功率半导体光纤耦合激光器制备单道涂层，通过Leica光学显微镜对熔覆层几何特征进行测量，结合正交极差分析数据获取极差结果，并根据因素效应图分析工艺参数对几何特征的影响机制，通过稀释率和宽高比的等值线图及实际工程需求优化工艺参数范围进行优化选取，最后结合实际工程成本探究出最佳工艺参数。结果表明：三因素对熔覆层几何特征具有重大影响且激光功率为主要影响因素。最佳工艺参数为激光功率1 400 W，扫描速度5.8 mm/s，送粉速率15.5 g/min。最优工艺参数下熔覆层高度为1 540.5 μm，熔宽为4 680.5 μm，熔深为88.9 μm，稀释率为5.46%，宽高比为3.04，均满足实际需求。研究为工程实践提供了理论基础及参考依据。

通过建立三维瞬态仿真模型，分析了HT250灰铸铁在激光重熔过程中的温度分布及其变化规律，探讨了激光功率对激光熔池温度场的影响。利用超景深显微镜和扫描电镜，观察了激光单熔道的几何特征和显微组织，用硬度计测试了熔道横截面的显微硬度。研究结果表明，激光重熔后，熔道呈半圆弧形，由表层向内依次为重熔区、热影响区和母材，激光功率增加，激光熔池的峰值温度升高，熔道的深度加深、宽度加宽。数值模拟激光熔池的计算几何尺寸，与工艺试验中激光重熔熔道的实际测量值基本相吻合，证明了模型的可靠有效。另外，工艺试验结果表明，HT250灰铸铁重熔区的显微组织为细小的树枝状变态莱氏体，重熔区的平均硬度约为1000 HV，约为母材硬度的5倍。

通过对HT250灰铸铁进行激光重熔试验, 研究了不同气氛保护条件下试样重熔区气孔的产生机理。研究结果表明, 在氩气保护条件下, 重熔区中的气孔为析出性气孔;在开放条件下, 重熔区的气孔为析出性气孔和反应性气孔。在相同工艺参数下, 当扫描速度较低时, 开放条件下重熔区的气孔比氩气保护条件下的多; 当扫描速度较高时, 两种气氛保护条件下重熔区的气孔情况基本相同。当激光能量密度较低时, 灰铸铁内部气体的析出是重熔区气孔形成的主要原因。

目前灰铸铁表面缺陷的激光热修复成为铸件装备循环再制造的重要途径，针对该修复过程建立可靠的数值模型，在热源表达和边界条件等方面对模型进行细化，经实验验证达到了较高的求解精度。计算结果表明，二次修复是在预热状态下进行的，与单层修复相比，多层修复能够更好地控制温度循环曲线；随着基体表面材料的熔凝循环，长、宽方向先压缩后拉伸，修复阶段以压应力为主，厚度方向则承受交变的拉压应力循环并以受拉为主，U槽底部应力较侧面更为集中。

针对灰铸铁激光熔覆的白口组织和开裂问题，研究了NiCuFeBSi合金材料及基体预热工艺对白口组织控制的影响，评价了合金力学性能。结果表明，NiCuFeBSi合金熔覆层界面白口组织宽度较小，基体预热温度升高时，白口组织呈现分散、断续状分布。半熔化区由于白口组织存在，显微硬度在此区达到峰值，向界面两侧呈递减趋势；NiCuFeBSi合金抗拉强度较高，横向抗拉强度大于纵向，其与HT250的对接试样抗拉强度受热影响区强度下降影响，强度小于NiCuFeBSi合金和HT250。熔覆层拉伸断裂机制为解理断裂为主、解理与准解理混合型断裂。

在合金灰铸铁基体上利用新型镍基粉末进行侧向送粉激光合金化制备原位合成颗粒增强高镍复合涂层，探究适用于合金灰铸铁送粉激光合金化的工艺参数。在合金灰铸铁气门座圈表面利用侧向送粉激光合金化进行小批量试制。重点解决了气门座圈强化层出现的硬度过高、加工裂纹、气孔缺陷等问题，制备出无气孔缺陷、硬度较低，满足技术要求的强化层，实现对合金灰铸铁气门座圈的激光强化。

采用预置涂层法对灰铸铁缸套内表面进行Nd∶YAG激光Ni-Ti合金化研究,可得到表面平整的激光合金化层.该材质的灰铸铁存在较大的裂纹倾向,在适当的涂层厚度、工艺参数和预热条件下,可获得无裂纹合金化区.激光强化层包括合金化区和淬火马氏体区和二者之间很窄的过热区,其硬度较铸铁基体显著提高;微观组织以亚共晶介稳组织为主.