再制造是指对废旧产品进行专业化修复或升级改造,使其质量特性达到或优于原有新品水平的制造过程,同时保证成本是新品的50%,节能60%,节材70%,对环境的不良影响大大降低。再制造高度契合《中国制造2025》提出的绿色制造及智能转型理念,符合国家发展循环经济的战略,同时作为国家新兴战略产业,得到政府和企业的高度重视。激光熔化沉积技术以其高的能量密度和加工精度、宽泛的材料选择及良好的冶金结合强度成为零件再制造的关键技术。目前,激光熔化沉积的再制造修复使用的激光功率和光斑较小,导致修复效率低,并且修复层多为单层,难以实现高性能的多层修复,同时,激光熔化沉积使用的粉末一般沿用热喷涂的材料,缺少针对于激光熔化沉积技术特点研制的专用粉末,从而限制了其应用范围。本文针对上述问题,围绕矿用链轮的再制造修复,采用大光斑高功率的半导体激光器,以激光熔化沉积的马氏体不锈钢为研究对象,从激光熔化沉积工艺、粉末成分、热处理三方面对沉积层组织及性能进行了系统的研究。本文的主要研究工作如下:(1)研究了工艺参数对沉积层成形性、热影响区和沉积层显微组织及硬度的影规律响并揭示了马氏体不锈钢沉积层的强化机制。获得了成形较好,热影响区宽度约为2mm的沉积层,沉积层硬度为420~592HV,主要由相变强化和固溶强化引起,随激光能量密度增加而上升。(2)研制了Fe-Cr-B和Fe-Cr-B-Nb两种合金粉末,探究了Nb对马氏体不锈钢沉积层组织及性能的影响。结果表明,Nb促使碳在枝晶间偏聚,使沉积层强度升高但硬度和耐磨性下降,同时Nb能提高马氏体不锈钢沉积层的耐蚀性。(3)探究了多层显微组织及内部缺陷的演化过程,沉积层主体为细小均匀的枝晶,在层与层的搭接处晶粒形貌呈多样化,沉积层的重熔会减少裂纹数量,增加气孔含量。设计了一种界面结合强度的定量测量方法并对沉积层进行测量,结果显示,当沉积层高度较小时,随着沉积层数的增加,界面结合强度逐渐增大。(4)研究了退火温度对沉积层组织及硬度的影响。沉积层界面存在富碳区,且退火温度为500~oC时,碳的偏析最严重;退火温度为700~oC时,富碳区消失,沉积层的碳含量开始高于基体,同时马氏体分解,硬度降低为390HV,此时逆转变奥氏体含量最多,主导的强化机制为二次相强化和细晶强化;退火温度为900~oC时,沉积层逐渐均匀化,但硼的偏析依然存在。