激光熔覆技术广泛应用于航空航天、装备制造、石油化工等领域。激光熔覆涂层能够显著改善工件的耐磨、耐蚀等性能,但涂层中存在的裂纹、气孔及表面波纹等缺陷往往会使熔覆工件寿命缩短,并带来严重的安全隐患,提高涂层质量对促进激光熔覆技术的发展具有重要意义。本文以纯铁为基体,Ni60自熔性合金粉末为熔覆材料,采用单一交变电流、单一稳态磁场及电-磁复合场三种辅助形式,详细考察了电磁场条件下激光熔覆涂层的表面形貌、横截面尺寸、凝固组织、裂纹数量以及显微硬度的变化。在激光熔覆过程中向熔池施加交变电流,研究电流强度对激光熔覆镍基合金涂层宏观形貌、微观组织及性能的影响。结果表明,涂层表面波动程度随电流的增大而增大。当交变电流为600 A和1200 A时,涂层横截面宽度变化不大。当电流达到1800 A和2100 A时,涂层宽度明显增加。外加电流不会改变Ni-Cr-B-Si涂层的相组成,其相种类主要包括γ-Ni、Cr7C3、CrB和Ni3B。交变电流能够提高元素在基体相γ-Ni中的固溶度,促进涂层顶部和底部的晶粒组织由柱状晶向等轴晶转变,且涂层底部晶粒组织的细化效果尤为显著。当电流强度为2100 A时,涂层表面裂纹数量最少,平均硬度最大增幅约4.1%。分别设定磁感应强度为0.1 T、0.15 T和0.2 T,研究稳态磁场对激光熔覆镍基合金涂层宏观形貌、微观组织和性能的影响。结果表明,涂层表面波动程度随磁场的加入而有所缓解,但涂层宽度仅在磁感应强度为0.2 T时才有明显增加。稳态磁场不改变涂层相组成,但能够细化涂层晶粒组织。硬质相CrB还出现“串状”聚集效应,且“串状”结构的生长方向随磁感应强度的增大而逐渐平行于外加磁场。对涂层影响效果最大的磁感应强度为0.2 T,此参数下涂层裂纹数量最少,平均显微硬度提高约8.6%。在单一交变电流和单一磁场的基础上,将交变电流与稳态磁场复合,进一步研究电-磁复合场对涂层组织和性能的影响。结果表明电-磁复合场使涂层表面平滑,横截面宽度增加。电-磁复合场不改变涂层的相组成,晶粒组织的细化程度也随电磁参数的增加而增强。尽管单一电流和单一磁场的最佳参数分别为2100 A和0.2 T,但电-磁复合场的最佳参数并不是两种外场最佳参数的简单复合,而是与复合场所形成的电磁力有关,电磁力的增大对凝固组织细化、元素固溶、表面裂纹减少以及显微硬度的提高均有促进作用。当电磁参数为0.2 T+1200A时,涂层平均显微硬度的提高幅度可达13.6%,但电-磁参数的继续增大反而不利于涂层表面裂纹的减少和显微硬度的提高。综合对比了三种外场,即单一交变电流、单一稳态磁场以及电-磁复合场对激光熔覆镍基涂层组织和性能的影响后发现,电-磁复合场对凝固过程的影响远高于两种单一外场,即利用较小的电-磁复合参数便能够获得优质的激光熔覆涂层,在实际生产中具有比较重要的现实意义。