复合材料以其相比于传统结构材料较高的比强度和比刚度而被用于民用大型飞机结构件的制造,复合材料结构件通过Invar合金模具一次复合成型完成,而Invar合金模具在长期使用过程中将会发生失效。本文针对大型民用飞机复合材料结构件成型模具Invar合金模具激光熔覆修复(表面强化)过程中,粉末、激光和熔池之间的相互作用机理进行研究。采用实验与模拟相结合的方式进行,系统研究了Invar合金激光熔覆过程中工艺参数的控制对熔覆结构尺寸、稀释率、显微组织以及显微硬度的影响。首先,进行Invar合金粉末的制备和粉末相关性能的测试,进行Invar合金激光熔覆探索性实验研究,对熔覆结构进行表面粗糙度、尺寸以及缺陷进行分析,以此得到激光功率、送粉率和扫描速度的参数控制范围,从而设计并进行正交试验。其次,以正交试验为基础,建立粉末、熔池相互耦合流动的计算模型,同时添加热源模型和材料参数模型。分析Invar合金激光熔覆实验过程中的机理现象,推导出不同物相相互作用的物理模型。采用有限体积法对激光、粉末和熔池之间的相互作用过程进行二次开发实现不同物相之间的直接耦合,并根据实验结果对其相互作用过程的物理模型进行校核,模拟计算得到不同送粉率和激光功率下的粉末温度场和流场,熔池的温度场和流场。最后,对正交试验结果进行宏观形貌、显微组织和显微硬度的测试,并结合模拟结算,得到Invar合金激光熔覆过程中粉末、激光和熔池之间相互作用的机理。在此基础上,研究不同激光功率、送粉率和扫描速度对Invar合金激光熔覆熔覆结构的尺寸、稀释率、显微硬度和气孔产生的影响。结果表明,通过Invar合金激光熔覆可以在不改变材料本身特性的前提下,而对Invar合金模具进行修复(表面强化)得到与母材显微组织和显微硬度相接近的熔覆层结构,通过对工艺参数的控制能够很好的控制修复(表面强化)的尺寸以及缺陷的产生。本文针对Invar合金模具激光熔覆修复(表面强化),采用实验与模拟相结合的技术方法,以熔覆过程中不同物相的相互作用机理为基础,深入研究不同工艺参数对熔覆结构尺寸、稀释率、显微硬度和气孔的影响机制。为实现Invar合金模具激光熔覆修复(表面强化)奠定基础。