制动系统是高速列车安全系统中最重要的部件之一,在长期运行过程中,制动盘表面会受到摩擦磨损以及高温热疲劳而失效。由于制动盘的磨损或是热疲劳失效,它通常仅发生在摩擦面的表面及近表面上,因此通过表面强化技术可以提高制动盘的耐磨性能和高温下的热稳定性,具有重要的应用价值,在表面强化技术中,激光熔覆由于其高界面结合强度,热影响区和热变形较小而被广泛使用,通过激光熔覆技术开发适用于制动盘制动条件的金属基复合材料,以改善制动盘的摩擦磨损以及高温热稳定性能,进而延长制动盘的服役寿命,降低列车的维护成本。激光熔覆过程中由于反复的热输入以及快冷快热的特点,裂纹问题是此项技术的最大难题之一,而熔覆层的裂纹主要与单道熔覆层的形貌以及熔覆层的残余应力分布有关,本文从熔覆粉体材料的选择、单道熔覆层的形貌优化、工艺参数对多层多道熔覆层的应力分布的影响规律,确定激光熔覆的工艺参数以及应力调控策略。采用金相、显微硬度、X射线测试仪、X射线衍射（XRD）、扫描电子显微镜（SEM）、X射线能谱（EDS）等手段分析了熔覆层及基体材料的组织、硬度、残余应力分布规律、元素分布等;针对本文制动盘的工程应用背景,通过微型剪切试验、高温氧化实验、高温热疲劳试验评价熔覆层的力学性能、抗高温氧化性能和热疲劳性能,并通过残余应力的调控以及热处理工艺优化熔覆层的热疲劳性能,以满足制动盘的制动工况要求。通过神经网络对单道熔覆层的工艺参数与熔覆层形貌进行非线性拟合,可以对不同工艺条件下的熔覆层形貌进行准确预测,进而达到优化形貌的目的。通过ELM（极限学习机）算法可以解决传统的BP神经网络中的预测误差较大,预测结果不稳定等问题。最后选择成形较好的单道工艺参数为功率2000 W,送粉电压3 V,送粉载气流量3.5 L/min,扫描速度280 mm/min。通过对熔覆层内残余应力分布规律的研究,可以得出,第一层熔覆层应力峰值最大,随着层数的叠加,应力峰值近乎以平移的方式向顶部移动;熔覆层内不同厚度应力峰值具有分层现象,在层与层之间的重熔区域应力峰值显著提高;多层多道熔覆时,采用激光扫描路径中十字扫描方式、控制激光比能量在103 J/mm²¹43 J/mm²范围内、预热温度为100℃时,可有效降低熔覆层内的残余应力。通过对熔覆层与母材的抗高温氧化性能与热疲劳性能的对比研究,可以得出熔覆层抗高温氧化性能远远优于基体材料,其氧化指数为1.41,高于基体材料的1.03,氧化速率为1.42?10^-3,远远低于基体材料的7.59?10^-3;基体材料高温氧化后表面生成疏松多孔的氧化膜,熔覆层材料表面氧化膜分为两层,第一层为Cr₂O₃及SiO₂组成的致密氧化膜,阻止氧原子的进一步腐蚀,第二层为多面体结构的FeCr₂O₄尖晶石类化合物,结构致密,进一步增强了抗高温氧化能力。带有熔覆层的试样在热疲劳裂纹扩展中,裂纹经过界面时会产生氧化腐蚀坑,并在界面处形成横向裂纹区,裂纹扩展速率大大降低,最后在裂纹尖端逐渐钝化,裂纹扩展几乎停滞。熔覆层中主要为网状的胞晶组织,并存在严重的偏析,M₇C₃亚稳相在晶界处以共晶形式存在,晶内存在少量的颗粒状M₂₃C₆,在热循环的过程中网状晶界处的过饱和亚稳相M₇C₃成为裂纹的扩展通道,使其极易发生脆性断裂导致热疲劳性能极差,通过十字扫描与100℃的预热温度对其组织与应力的调控,可以小幅提高热疲劳性能,但仍与基体材料热疲劳性能有较大的差距;通过对其进行850℃,保温5 h的热处理工艺,可以均匀化元素分布,消除枝晶偏析以及内应力,使M₇C₃转变为较为稳定的M₂₃C₆,大大优化了熔覆层的热疲劳性能,并在2000次的热疲劳试验中均未发现裂纹,其热疲劳性能远远优于基体材料。