本文基于对镍基合金粉末材料激光熔覆加工及所得熔覆层材料各项性能的国内外相关研究成果以及该领域值得优化创新的部分进行探索，提出将适量碳纳米球引入到Ni60自熔性镍基合金粉末中，在高温镍基合金GH3039表面进行激光熔覆试验，利用激光熔覆技术在材料加工方面的优势，以碳纳米粉末材料的物理特性及纳米特性为出发点，探究碳纳米球对于镍基合金性能影响的研究方向。本文采用对比试验的方式对研究内容进行探究，共设置了6组对比试验组。主要工作及成果如下。　　首先根据微纳米粉末机械复合原理，对碳纳米球的添加量及引入方式进行了试验探究，得出了有效的高分散性复合粉末的制备方法。并针对各种粉末预置法的优缺点，实践摸索出了且具有创新性的将黏结法和压片法相结合的熔覆粉末预置工艺，制备出高质量熔覆粉末预置层。后通过大量试验对激光熔覆工艺参数的进行优化，制备出高质量的复合粉末激光熔覆层试样。　　Ni60合金熔覆层的主要相组成为γ-Ni、γ-Fe、CrB、Cr7C3及Ni3Fe，熔覆层组织为典型亚共晶组织形貌。在加入适量碳纳米球后，熔覆层中出现Fe3C和Cr23C，等碳化物相，并且发现有C相存在。熔覆层显微组织仍呈亚共晶组织形貌，而γ-Ni树枝晶逐渐细化均匀，枝晶间的共晶组织数量增多。添加量为0.5％时，组织中出现沿同方向平行生长的枝晶，构成网状骨架，并随着碳纳米球添加量提高不断细化，更加紧密。碳纳米球添加量较低时，残余碳纳米球可均匀分布于晶界和晶内，而随着添加量增大开始出现团聚现象，对熔覆层性能产生负面影响。　　通过分析各试验结果，复合粉末熔覆层的显微硬度有明显提高，并且随碳纳米球添加量的提高而增大，在添加量为3％时熔覆层的显微硬度可达1200HV。减磨性方面，添加量为1％时熔覆层摩擦系数最小，减磨性最好;耐磨性则在2％时达到最高，且碳纳米球改变了熔覆层主要磨损机制。而对于材料的高温氧化性能，添加量为0.2％时熔覆层的高温氧化性略有增强，但总体上碳纳米球对熔覆层的高温氧化性能具有负面影响。