燃气轮机是飞机、电站、大型舰船的心脏,也被誉为装备制造业“皇冠上的明珠”,其涡轮叶片通常采用镍基高温合金材料,能够承受极高的温度以及各种复杂的载荷。然而,在极端环境中长期服役的叶片也会产生诸如变形、凹坑、裂纹、腐蚀等缺陷,导致叶片无法再继续使用。更换这些材料昂贵、设计精良的叶片意味着巨额的成本,而采用再制造技术修复叶片将大大降低燃气轮机的寿命周期费用,减少资源的浪费。激光熔覆技术作为修复损伤零部件典型的修复工艺之一,具有能量密度高、结合性能好、加工精度高、选材范围广等特点,然而在激光熔覆反复快速加热和冷却的过程中,熔覆层内容易产生较大的应力,从而诱发裂纹的形成与扩展。此外,镍基高温合金多为沉淀强化型合金,激光熔覆过程并不能使强化相完全析出,合金无法达到最佳的强化效果。因此,本文对激光熔覆IN939镍基高温合金进行裂纹调控和针对熔覆组织的热处理研究,为激光熔覆镍基高温合金的应用,尤其是镍基高温合金部件再制造中的裂纹控制和热处理工艺提供理论基础与实验支撑。本文首先通过正交试验分析激光功率、扫描速度、送粉速率对激光熔覆IN939熔池形貌的影响,然后选取最佳的参数进行多道搭接试验,分析熔覆层不同搭接方式的利弊;观察研究激光熔覆IN939合金的显微组织和物相组成,探讨熔覆层组织转变规律;深入探究多道多层熔覆裂纹产生的机理及影响因素,并采用控制热输入量与层间交叉熔覆的方法抑制裂纹的生成与扩展;通过两段热处理工艺（1160℃/4 h+850℃/16 h）强化激光熔覆IN939合金,研究热处理过程中γ′相沉淀机理以及碳化物析出规律,并分析γ′相的沉淀与碳化物的析出对激光熔覆IN939合金显微硬度及耐腐蚀性能的影响。本文的主要研究结论如下:（1）激光熔覆IN939合金熔覆层形貌良好,冶金缺陷相对较少,熔覆层组织从底部到顶部依次为细小树枝晶、柱状枝晶和等轴枝晶,熔覆层顶部出现了柱状枝晶向等轴枝晶的转变。激光熔覆IN939合金生成相包括γ相基体、MC型碳化物相和少量γ′相,合金的固相线和液相线温度分别为1259℃和1335℃,MC型碳化物的溶解温度在1314℃左右。（2）多道多层熔覆IN939合金内部裂纹具有典型的沿晶开裂特征,高倍扫描电镜图显示裂纹两侧较为平滑,表明裂纹由晶界液相生成,推断其为液化裂纹。IN939合金内的裂纹主要源于道与道之间的热影响,五道三层熔覆后裂纹没有出现在第一层,而是集中出现在第二层以及第三层的中部。（3）IN939合金中液化裂纹形成的过程为:激光能量再次作用于熔覆层时,处于热影响区的第二相颗粒（γ′相沉淀、MC型碳化物）与基体γ之间发生共晶反应,生成低熔点共晶产物,低熔点共晶物液化后在晶界处产生了非平衡溶质液膜,抗拉能力较差的液膜晶界被拉应力撕开,形成了液化裂纹。通过降低扫描速度和热输入量可以将激光熔覆IN939合金裂纹敏感性降到较低水平。层间交叉熔覆能够抵消部分内部应力,降低晶粒尺寸,从而抑制裂纹扩展。在相同参数下,层间交叉熔覆裂纹数量是层间平行熔覆的50%,且裂纹平均长度减少105.7μm。（4）固溶处理能够溶解大部分初生碳化物,冷却后重新析出的碳化物颗粒分明、尺寸相仿、分布均匀;时效处理能够促使晶界附近发生MC型碳化物向γ′相和M₂₃C₆型碳化物的转变,生成的M₂₃C₆型碳化物沿晶界呈链状分布。此外,由于固溶处理温度较高,元素扩散充分,空冷时γ′相形成元素相距较远,各自独立形核析出,得到粒径较小的γ′相。而时效处理温度适合γ′相的形核与长大,冷却后得到的γ′相粒径较大,固溶后的时效处理能使相邻的γ′相颗粒相互融合并不断长大,因而也得到粒径较大的γ′相。（5）由于γ′相的沉淀强化作用,热处理后激光熔覆IN939合金显微硬度有所提高,其中固溶处理对显微硬度的提升不明显,仅比热处理前提高了4.9%;而直接时效处理与完全热处理对显微硬度提升效果较好,分别比热处理前提高了10.2%和10.9%。此外,由于晶界M₂₃C₆型碳化物在抗腐蚀方面的积极作用,直接时效处理和完全热处理后极化电阻提高,自腐蚀电流密度减小,腐蚀速率降低,耐腐蚀性能显著提高。