为了解决石油钻杆表面受交变载荷冲击导致的失效问题, 同时获取更高质量的耐磨涂层, 采用高速激光熔覆设备, 以JG-3铁基合金作为熔覆粉末, 在20CrMo钢表面制备合金涂层。以激光功率、扫描速度以及送粉速度为优化变量, 涂层硬度以及耐磨性为表征变量, 通过正交试验极差与方差分析获得最优参数组。结果表明, 极差分析中, 工艺参数对涂层显微硬度和磨损失重量的影响程度排序均为扫描速度＞送粉速度＞激光功率; 方差分析中, 显微硬度和磨损失重量的F值大小均为FB>FC>FA, 表明各因素对高速激光熔覆涂层性能的影响程度排序为扫描速度＞送粉速度＞激光功率, 这与极差分析结果一致。正交试验获得最优参数组合为: 激光功率900 W、扫描速度65 mm/s、送粉速度4 r/min。

高速激光熔覆过程中的温度变化和扫描路径位置变换均对涂层组织与性能有较大影响。利用高速激光熔覆技术在27SiMn钢表面以回字形扫描路径制备了铁基TY-1涂层，对比分析了同一参数下回字形路径上的温度变化对涂层组织和性能的影响。利用ANSYS Workbench有限元分析软件模拟了高速激光熔覆过程，获得了回字形路径上不同位置处涂层的温度场分布规律，并通过微观组织和性能分析实验进一步分析了温度变化对涂层组织和性能的影响。结果表明：回字形扫描路径下由中心点向外的熔池最高温度分别为1890、1955、1998 ℃；不同位置处的涂层间温度相互影响，相较于回字形内部（距中心点1~19 mm）和中部（距中心点19~34 mm）处的涂层，外部（距中心点34~46 mm）涂层熔覆完成后在空气中冷却，没有后续熔覆道次对其施加温度上的影响，冷却速率相对较快，因而晶粒组织分布均匀，硬度和耐蚀性均较高。

超高速激光熔覆技术（EHLA）可以突破涂层生产的效率瓶颈，为制备高质量涂层提供有效途径。采用EHLA和常规激光熔覆（CLA）技术在45钢基体上制备TiC/Inconel 625复合涂层，并对涂层的微观组织、物相组成、耐腐蚀性能以及摩擦磨损性能进行了表征。结果表明，两种涂层的显微组织均表现出相同的生长模式，由胞状或柱状枝晶向等轴枝晶转变。对于EHLA涂层，98.2 m/min的熔覆速度加快了凝固组织的冷却速率，从而细化了枝晶，平均枝晶间距不超过1 μm，并且所形成的细化组织有助于涂层耐蚀性的提升。TiC的加入促进了枝晶间碳化物的形成，并起到了沉淀强化的作用，同时在涂层表面形成了致密的钝化膜。并且EHLA涂层的摩擦系数低于CLA涂层，展现出良好的摩擦磨损性能。

超高速激光熔覆是新兴的表面涂层技术，通过粉末和激光的最佳耦合实现熔覆效率的大幅提升，相比传统激光熔覆涂层可以获得更优质的表面质量，且对基材损伤更小。通过分析超高速激光熔覆的原理及技术优势，并与传统激光熔覆技术特点进行对比，总结了激光功率、扫描速率、送粉速度以及搭接率对熔覆层成形的影响，详细介绍了超高速激光熔覆涂层的硬度、耐磨、耐蚀等关键性能的研究现状，并且列举了国内外对超高速激光熔覆技术在工业应用现状。最后，基于目前的研究进展，指出目前对于超高速激光熔覆涂层和基体界面结合状态及涂层构件力学方面处于研究空白，并对该技术的发展提出展望。以期为超高速激光熔覆技术的广泛应用提供理论支持。

将超高速激光熔覆技术取代电镀铬，可解决电镀铬工艺因重金属铬离子（Cr6+）污染，而被禁止或限制的工业应用问题。金属工件表面镀硬铬，集耐蚀性防护、装饰于一体，有着巨大的应用前景。我国超高速激光熔覆技术的研发，主要侧重点在于设备集成与工艺试验研究，缺少熔覆过程仿真模型。以超高速激光熔覆环形熔覆头为研究对象，利用FLUENT建立了基于非稳态粒子追踪技术的CFD仿真模型，开发了一种针对环形熔覆头激光熔覆粉末的温度场模型。对超高速激光熔覆工艺进行了试验与分析，建立了该过程的理论模型。通过仿真结果发现，超高速激光熔覆环形熔覆头可以形成半径0.8 mm的粉斑，熔覆头下方15~19 mm空间内粉末浓度最高，并通过试验对比验证了模型的可行性。

高速激光熔覆能大大提高熔覆效率，但高速激光熔覆层表面容易出现表面粗糙缺陷。采用高速激光熔覆和激光重熔混合工艺，可达到改善熔覆层表面质量、有效提升涂层性能的目的。在液压立柱材料27SiMn表面激光熔覆制备了Fe90不锈钢涂层，利用超景深显微镜、X射线多晶衍射仪分别对熔覆层的表面形貌、微观组织结构、元素分布和物相构成进行了分析，通过硬度试验、耐磨损试验和电化学腐蚀试验对涂层的性能进行了验证。试验结果表明：涂层激光重熔后相比于重熔前表面粗糙度降低了8.5%，涂层内部的微观组织更加细密均匀，没有相的消失和新相的出现，只是相的含量增加。在性能方面，重熔之后的硬度提高为基体的2.6倍，磨损失重降低95%。采用激光重熔技术不仅改善了熔覆层表面质量，而且有效提升了涂层性能。

针对综采工作面典型零件防护涂层快速修复和制造的需要,本文以取代传统镀铬工艺为目标,采用高速激光熔覆在45钢表面制备了高质量的铁基合金涂层。采用超景深三维显微系统观察涂层的表面形貌,采用光学显微镜、扫描电镜及能谱分析仪研究了熔覆层的显微形貌及元素含量变化,采用X射线衍射技术分析了涂层各部分的物相组成,利用显微硬度计测试了涂层的显微硬度,最后采用电化学工作站测试了涂层的耐蚀性。结果表明:高速激光熔覆的熔覆效率为0.243 m ²/h;涂层平整均匀,表面粗糙度R_a≈21.38 μm;涂层组织均匀致密,且与基体实现了良好的冶金结合,稀释率约为7.1%;涂层主要由铁素体和奥氏体组成,晶粒细密,平均晶粒直径不超过2.8 μm;涂层表面的显微硬度约为基体的3倍;涂层的自腐蚀电流密度为基体的0.33%,其优异的耐蚀性源于更均匀的成分分布。

为提高抽油杆接箍表面的耐磨、耐蚀性能,利用高速激光熔覆技术在35CrMo抽油杆接箍表面制备了马氏体不锈钢涂层,并进行了激光重熔处理。采用光学显微镜、X射线衍射仪、硬度计、摩擦磨损试验机及电化学工作站研究了高速激光熔覆层和重熔层的组织结构、硬度、摩擦磨损性能与电化学腐蚀行为。结果表明:高速激光熔覆涂层表面平整均匀,表面粗糙度为15.7 μm,无气孔、夹杂、裂纹等缺陷;重熔涂层的表面粗糙度可达5.4 μm;高速熔覆涂层和重熔涂层均由单一的马氏体相组成;熔覆层呈现多层搭接的分层特征,熔覆层界面区为平面晶,中部为外延生长的树枝晶,表面为无明显方向的细小树枝晶;重熔使多层搭接特征基本消失,并细化了表层的树枝晶;高速激光熔覆涂层和重熔层的硬度均值分别为470 HV和494 HV。高速激光熔覆提高了基材的耐磨性及耐蚀性,激光重熔可进一步提高涂层的耐磨和耐蚀性。高速激光熔覆和重熔高性能涂层为抽油杆接箍的表面改性提供了新的思路和方法。

分别采用超高速(50 m/min)和常规(1.5 m/min)熔覆速度,在调质处理的27SiMn液压支架基材上成功制备了431不锈钢耐蚀涂层,对比分析了两种方法制备涂层的宏观特征、显微组织及耐蚀性能。试验结果表明:两种方法制备的涂层均无微观裂纹与气孔缺陷,且与基体形成了良好的冶金结合;相比于常规激光熔覆涂层,超高速激光熔覆的涂层具有类似“多米诺骨牌”的多层重叠结构,稀释率仅为4%,涂层中Cr的原子数分数为19%;常规激光熔覆涂层组织整体较为粗大,在搭接位置由于温度梯度的改变,枝晶生长方向紊乱;超高速激光熔覆涂层整体组织更加均匀细密,底部/基体界面结合区微观组织形态为平面晶,中部搭接区及表面为细小的树枝晶,仅在搭接位置略有粗化;采用超高速激光熔覆技术制备的涂层具有更加优异的耐蚀性能。