高频感应熔覆技术作为一种新型的表面改性技术,综合了感应加热、复合材料以及表面涂层技术的优势,可制备出性能优异的抗磨损、耐疲劳、高硬度、耐腐蚀的金属复合涂层,在工业生产应用中具有广泛的前景。由于高频感应熔覆涉及到电场、磁场、温度场及应力场的相互耦合问题,是一个复杂的物理过程,加之高频感应熔覆强化技术仍处于起步阶段,熔覆加工工艺尚未完善,涂层中易出现“夹生”、“杂质”、“气孔”,以及同基体结合强度不高等缺陷,很大程度上影响了熔覆层强化成形质量。本文以构建时变函数化的热、磁物理函数和探寻熔覆层质量控制工艺较优参数为目标,明确感应熔覆过程中耦合场间的相互作用规律,探索熔覆层质量强化控制工艺规划策略,为高频感应熔覆技术在工业中的发展应用提供理论基础和数据参考,论文的主要研究工作和创新成果如下:(1)高频感应熔覆耦合场数值理论分析研究。针对高频感应熔覆技术中的非线性耦合问题,对熔覆过程中电磁场、温度场、残余应力场问题作出了分析,构建了时变热磁物理函数,以限元软件作为分析平台,验证了物理函数的正确性,并建立了感应熔覆热源数值模型,为定量描述高频感应作用下熔覆区的传热规律提供了量化比较的手段,并为搭建高频感应熔覆实验平台的设计提供了数值模拟参考;(2)实验平台搭建及涂层制备工艺方法研究。实验平台包括感应加热电源、加热感应圈、红外测温仪、卧室数控机床、空压机水冷循环系统、PLC数据采集系统。为优化熔覆涂层成形质量,提高基体与涂层的结合强度,提出了合金粉末及保护套筒的较优配比分析方法,以较好的满足高频感应熔覆涂层制备工艺方法的实验研究需要(3)高频感应熔覆过程工艺参数研究。以正交实验设计的方式,探寻加热过程中各工艺参数、温度场与熔覆层间的内在联系,获得高频感应熔覆层质量强化的较优优工艺参数组合,提高熔覆层成形质量,提高零部件修复区的综合机械性能。(4)稀土氧化物元素含量及修复槽深与熔覆层质量强化映射关系研究。为进一步细化熔覆层内部微观组织,促进基体和涂层中元素的相互扩散,减少涂层中夹杂物、气孔的数量,在获得高频感应熔覆层质量强化的较优工艺参数组合基础上,采用了向熔覆粉末中添加稀土氧化物的做法,探索涂层中稀土氧化物成分加入的较优含量配比,以此为依托,在得到稀土氧化物成分的较优含量基础上,为进一步提高涂层同基体的结合强度,修复轴类零部件表面凹坑、微裂纹等缺陷,定量分析凹坑、微裂纹适合修复的最大深度值,采取刻槽并填充Ni60合金粉末方式进行高频感应热修复,研究高频感应熔覆涂层结合强度同修复槽深之间的映射关系。上述研究对高频感应熔覆层质量控制工艺提供了较为可靠且高效的数值模型和实验方法研究基础,因感应熔覆技术作为一项新型表面改进技术,具有节能、环保的特点,熔覆层质量工艺方法的完善与推广,对于推动高频感应熔覆技术在石油、航天、工程装备等领域中的应用一定程度上具有重要的现实意义。