激光熔覆技术是再制造、表面涂层及3D打印的基础工艺,其应用前景广泛,也是当前科学研究的前沿和热点。激光熔覆技术目前存在的主要问题是熔覆层表面及内部组织不均匀、残余拉应力等缺陷,这些缺陷在外力作用下容易引起熔覆层的变形及开裂。针对上述问题,本文创新性的开展了激光冲击波调控熔覆层组织及应力的基础研究。首先,进行了激光冲击波调控熔覆层组织及残余应力机理研究。基于微观位错理论建立了激光冲击波诱导熔覆层微观组织形变理论;研究表明,熔覆层在受激光冲击作用后,其组织发生位错、滑移,导致微观组织形变。结合微观组织形变理论分析了激光冲击波细化熔覆层晶粒的微观机制;分析表明,激光冲击波细化熔覆层主要是通过冲击波压力作用于熔覆层表面,熔覆层内部晶粒位错运动,位错运动累积及相互缠结,最后晶粒重新排列,形成细化后晶粒。基于激光冲击诱导熔覆层微观组织形变理论,研究了激光冲击调控熔覆层残余应力机理;研究表明,残余应力是微观位错在力学上的表现,激光冲击后,熔覆层表面塑性变形,位错从不稳定的高能态转变为低能态,熔覆层表面相对稳定,残余拉应力消除。基于激光冲击波细化熔覆层晶粒的微观机制及激光冲击调控熔覆层残余应力机理,建立了激光熔覆层激光冲击调控模型;其次,以Ni60粉末激光熔覆层为例进行了熔覆层表面加载激光冲击波试验研究。对比分析了激光冲击前后熔覆层内部组织变化行为。研究表明,激光冲击后,沿激光冲击方向熔覆层可划分为强塑性变形区、次塑性变形区及微塑性变形区。在微塑性变形区,熔覆层中等轴晶及树枝晶晶臂被压缩,晶粒细化为许多小晶块,尺寸从3.1μm到21μm不等。在次塑性变形区,树枝晶宽度被压缩,晶臂被打断,激光冲击调控后枝晶宽度尺寸为5.3μm到7.8μm不等。在微塑性变形区,经激光冲击波加载后,等轴晶分布趋于均匀,等轴晶组织形态丰满。块状晶被部分压缩,平均尺寸下降为原来的一倍。熔覆层底部较大柱状晶在激光冲作用下发生碎化,形成细小晶块。最后,以Ni60粉末激光熔覆层为例进行了熔覆层表面加载激光冲击波前后应力变化测试及疲劳试验。采用X射线衍射应力仪测试了激光冲击波加载前后熔覆层残余应力场的变化。研究表明,激光冲击前,熔覆层表面应力状态表现为残余拉应力,且裂纹前后出现应力突变行为,突变值约为250MPa。熔覆层在激光冲击前沿激光扫描方向残余应力值逐渐增加,最大值处约为276Mpa。在疲劳试验中,对未经处理的熔覆层及加载激光冲击波后的熔覆层表面进行恒定载荷加载,结果表明激光冲击波调控后的熔覆层所承受载荷高于未经处理的熔覆层。基于以Ni60熔覆层激光冲击波调控组织及应力的试验研究,表明了熔覆层表面加载激光冲击波调控熔覆层组织及应力的可行性,验证了熔覆层激光冲击调控组织及应力模型。