45^#钢材料既可以用于制造塑料模具也可用于制造高强度传动构件。但在恶劣的工况条件下往往发生磨损、氧化、腐蚀最终导致零件失效。通过激光熔覆工艺,可以修复失效零部件,增加零部件的服役寿命,减少资源浪费,节约成本。本文以工业中常用的45^#钢材料为研究对象,在基材表面进行激光熔覆实验,采用理论模型与实验相结合的方法改善熔覆层的宏观形貌,降低熔覆层裂纹,并提高45^#钢构件的整体耐磨性。本文首先采用响应面法中的中心复合设计法对单道沉积层几何形貌进行预测和优化,以宽高比、稀释率为指标,研究试验参数对沉积层几何形貌的变化规律。将优化后的熔覆层形貌进行试验验证,试验结果表明,宽高比和稀释率的试验值与预测值的最大误差为8.5%,优化后的工艺参数为:离焦量14.4mm,激光功率1290W,送粉电压8.3V,扫描速度3.7mm/s。通过双椭球热源模型进行激光熔覆单道沉积轨迹的应力场数值模拟,将热源形貌与单道熔覆层截面形貌对比,通过热源校正的方法保证模拟精度。结果表明,熔覆层整体主要承受拉应力,以X方向的轴向拉应力为主,最大拉应力出现在熔覆层末端位置为532MPa。其次为了提高多道沉积层的表面质量,建立多道搭接率理论模型。通过公式推导得出多道搭接率与沉积层几何特征宽度和高度的关系。分别以宏观形貌、截面形貌、表面平整度为评价指标,验证搭接率理论模型的准确性,最终得出搭接率为45%～50%时熔覆层质量较好,与理论模型搭接率最大误差为2.54%。通过组织及相分析表明,涂层中元素偏析及硬质相的不利分布是导致镍基合金涂层开裂的原因之一。最后从断裂力学和热弹性力学的角度出发,得出镍基涂层开裂的断裂判据。为了改善熔覆层裂纹,提出预制网状结构抑制裂纹的实验方法,通过着色探伤试验与截面形貌得到抑制裂纹镍基复合涂层开裂的目数范围。为了增强镍基合金的耐磨性,选择在铺有14目不锈钢网的镍基复合涂层中添加4%CeO₂。通过对比,添加稀土后复合涂层显微硬度有所降低,为386HV,但仍是基体的1.8倍。从磨痕形貌和磨损量上看,磨痕的深度显著减小,且未发现豆斑状凹坑,磨损量为0.56×10^-5mm³·N^-1·m^-1,比45钢基体降低了85.1%。可见添加稀土CeO₂后,虽然使14目304网Ni60复合涂层显微硬度降低,但是使复合涂层的耐磨性能大幅提高,同时抑制了硬质相生成,使韧性相更易析出,提高镍基复合涂层整体的塑韧性,根据Hall-Petch公式,合金涂层的屈服强度也相应降低,从而减小合金涂层中内应力,降低裂纹开裂的倾向。