汽轮机在动力工程中占有不可或缺的重要地位。汽轮机叶片的工作环境和服役条件十分苛刻,叶片在高温、高压蒸汽的冲击、汽蚀和疲劳载荷的联合作用下极易损坏,导致汽轮机的工作寿命缩短,可靠性下降。汽蚀引起的叶片损伤,可以通过表面工程技术进行修复或再制造,制备出硬度高、耐磨性好、耐蚀性优良的涂层,保证叶片的安全服役。等离子熔覆以及激光熔覆,是叶片修复或再制造的有效方法,但熔覆后冷却时的温度梯度较大,易在熔覆层中产生较大的残余应力,进而引起涂层开裂。因此,合理控制熔覆过程中的残余应力,是保障修复后叶片服役性能及可靠性的关键因素。本文用纳米压痕技术分析了三种残余应力控制方式(外加磁场,添加稀土氧化物以及添加不锈钢过渡层)对叶片表面熔覆Stellite6涂层的残余应力影响,并分析测试了涂层的显微组织、硬度、耐磨及耐蚀性能。结果表明,外加磁场熔覆时,横向磁场作用下涂层中的残余应力小于竖向磁场以及无磁场涂层中的残余应力,并且横向磁场中制备的熔覆层具有更优异的耐磨和耐蚀性能;与X射线测出的应力进行对比,发现Suresh模型比Lee模型的结果更加准确。熔覆时添加稀土氧化物Y203和La2O3,通过改变熔覆层中的元素构成来控制残余应力,Y2O3的添加量为0.5%以及La2O3的添加量为0.8%时,涂层中的残余应力最低,并且涂层的耐磨性、耐蚀性能也更优越。采用Ansys对添加不锈钢网的激光熔覆过程进行了模拟,计算结果表明,添加不锈钢网的熔覆层熔合良好且应力更低。基于模拟计算结果,实施了添加不锈钢网的激光熔覆工艺;纳米压痕技术验证了添加不锈钢网的熔覆层残余应力更低,但进一步实验证明其硬度、耐磨及耐蚀性能相对于未添加不锈钢网的熔覆层有所下降。