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碳钢凭借塑韧性好、性价比高、冶炼工艺简单以及切削焊接等加工性能优良等优点而成为应用最为广泛的工农业用钢。然而,由于碳钢的硬度低、耐磨性差不仅限制了其应用领域也降低了碳钢制造的机械设备及零部件的使用寿命。本文通过激光熔覆技术对Q235低碳钢进行表面合金化与复合化处理来改善其耐磨性能。首先在Q235低碳钢表面激光熔覆Ni-Ti-Cr合金层,在合金层的基础上分别添加石墨（G）、石墨烯（GR）、B4C以及硼与碳混合粉（x B+C）激光熔覆制备Ni-Ti-Cr-C（G）/（GR）、Ni-Ti-Cr-B4C以及Ni-Ti-Cr-（x B+C）复合层,利用Ti-C、Ti-B4C和Ti-（x B+C）原位合成Ti C、Ti B2或Ti C+Ti B2双相陶瓷增强相来增强熔覆层,从而提高Q235低碳钢的硬度和耐磨性以实现“小材大用”。固定激光功率900 W、扫描速度6 mm/s、激光束光斑直径3 mm时激光熔覆Ni-Ti-x Cr合金层。不同Cr添加量的Ni-Ti-x Cr合金层表面成型质量良好、内部无气孔及裂纹缺陷。Ni-Ti-x Cr合金层主要由Ni Ti、Cr2Ti和Cr三相组成。随着Cr添加量的增加,Ni-Ti-x Cr合金层的显微硬度降低、耐磨性变差。固定Cr添加量为15 wt%,采用不同工艺参数制备Ni-Ti-Cr合金层。激光比能较低时（33.3和37.5 J/mm~2）,在合金层边缘处存在少量的气孔,而且激光比能为33.3J/mm~2时,在合金层与基体结合界面的边缘发现有未连接。随着激光比能的增加合金层与基体结合良好,但是更多的热量传递到基体上,使基体熔深增加,稀释率明显升高。当激光比能为50.0 J/mm~2时制备的Ni-Ti-Cr合金层获得最高的显微硬度,大约是Q235低碳钢基体显微硬度的4倍,而且也获得最佳的耐磨性能。Ni-Ti-Cr-4%C（G）作为熔覆材料在激光功率900-1700 W、扫描速度4-8 mm/s、激光束光斑直径3 mm的工艺参数下制备复合层。不同工艺参数制备的复合层均主要由（Fe Ni）、Ni Ti、Ni-Cr-Fe、Cr2Ni3以及原位合成陶瓷增强相Ti C组成。当激光比能较小时原位合成Ti C增强颗粒主要以等轴晶形式存在。当激光比能增加到94.4和108.3 J/mm~2时Ti C增强颗粒以树枝晶为主且二次枝晶发达。当Es=50.0 J/mm~2时,复合层获得最大的显微硬度,而且具有最好的耐磨性能。在激光功率1300 W、扫描速度6mm/s、激光束光斑直径3mm工艺条件下制备不同石墨添加量的复合层。不同石墨添加量的复合层的主要物相为（Fe Ni）、Ni Ti、Ni-Cr-Fe、Cr2Ni3和Ti C,而且Ti C的优先生长方向均为[100]。石墨添加量为4 wt%时复合层的显微硬度最高、耐磨性能最好。采用固定激光工艺参数,激光功率为1300 W、扫描速度6 mm/s、激光束光斑直径为3 mm制备不同石墨烯添加量的Ni-Ti-Cr-C（GR）复合层。不同石墨烯添加量的Ni-Ti-Cr-C（GR）复合层的主要物相为Ni Ti、Cr2Ni3、Ni-Cr-Fe、（Fe Ni）和Ti C。不同石墨烯添加量的Ni-Ti-Cr-C（GR）复合层中原位合成的Ti C增强相都非常细小,而且比相同石墨添加量Ni-Ti-Cr-C（G）复合层中Ti C增强相要细小。石墨烯添加量从2 wt%增加到6 wt%,复合层中的Ti C增强相由细小的树枝晶演化为粗大的树枝晶,同时在不同石墨烯添加量的复合层中都有等轴晶Ti C存在。相较于相同石墨添加量Ni-Ti-Cr-C（G）复合层,Ni-Ti-Cr-C（GR）复合层中等轴晶Ti C的量更多。石墨烯添加量为4 wt%时,Ni-Ti-Cr-C（GR）复合层获得最大的显微硬度和最好的耐磨性能。在激光功率为1000-1600 W、扫描速度4-8 mm/s、激光束光斑直径3mm的工艺参数下激光熔覆Ni-Ti-Cr-B4C复合层。当激光比能为72.22和88.89 J/mm~2时,复合层的表面变得光滑、成型性变好。复合层中陶瓷增强相Ti B2和Ti C在复合层中具有两种微观结构,一种是“卵式”共晶结构,另一种是交错结构。在激光比能55.56 J/mm~2获得的复合层显微硬度最高、耐磨性能最好。研究B4C粒度对Ni-Ti-Cr-B4C复合层微观组织及耐磨性的影响发现,B4C粒度对复合层的物相组成没有影响。Ni-Ti-Cr-B4C（2 h）复合层中原位合成的Ti C@Ti B2共晶结构增强相颗粒比Ni-Ti-Cr-B4C（1 h）复合层中的增强相要更加细小,而且等轴晶Ti C更多。与Ni-Ti-Cr-B4C（1 h）复合层相比,Ni-Ti-Cr-B4C（2 h）复合层显微硬度相差不大但耐磨性更好。在固定激光功率为1300 W、扫描速度为6 mm/s、激光束光斑直径为3 mm的情况下研究了不同B/C比例对Ni-Ti-Cr-（x B+C）复合层微观组织和耐磨性能的影响。不同B/C比例对Ni-Ti-Cr-（x B+C）复合层的物相组成没有产生影响,但对原位合成Ti B2的量有影响。不同B/C比例的Ni-Ti-Cr-（x B+C）复合层的增强相微观组织结构有明显地差别。在Ni-Ti-Cr-（2B+C）复合层中没有发现明显的Ti B2-Ti C共晶结构;复合层Ni-Ti-Cr-（4B+C）中存在Ti C@Ti B2的“卵式”共晶结构,“卵黄”为等轴晶Ti C;Ni-Ti-Cr-（6B+C）复合层中存在Ti C@Ti B2“卵式”共晶结构更粗大,“卵黄”为树枝晶Ti C。Ni-Ti-Cr-（6B+C）复合层的显微硬度最高、耐磨性最好。