球阀长期服役于恶劣的工况环境,表面经常出现磨痕、凹坑。这些磨损痕迹、腐蚀坑严重时会导致整个球阀的报废失效。为了提高球阀的使用寿命,工业中常在其表面制备耐磨、耐蚀涂层。而激光熔覆作为先进的材料表层处理技术,在耐磨、耐蚀涂层的制备方面得到了广泛的应用。近年来,越来越多的研究者进行了激光熔覆WC增强型镍基熔覆层的相关研究,发现激光熔覆层在很大程度上改善了基体材料的表面性能。然而,由于激光熔覆层存在较大的热相变应力,以及WC颗粒和Ni基合金之间的热物性存在很大差异,极易在熔覆过程中产生气孔、裂纹,成为目前待解决的技术难题及研究热点。本文进一步探索了WC含量对镍基熔覆层熔池流动方向、组织形态和冶金行为的影响机制,并通过建立的回归模型,优化工艺参数,探索了获得高质量熔覆层的方法。针对WC镍基熔覆层,通过LaB₆和ZrW₂O₈分别介入的调制措施,探索了零开裂熔覆层的形成机制,以及熔覆层的强化机制。主要研究工作如下:（1）WC含量对镍基熔覆层裂纹敏感性、WC颗粒分布、显微组织、冶金行为、显微硬度、耐磨性和耐蚀性能的影响机制的探索。结果表明,当熔覆层WC含量从0增加到20wt.%时,熔覆层开裂,裂纹率基本不变,但当WC含量继续增加时,裂纹敏感性增大。随着WC含量增加,熔覆层熔宽、稀释率都先增大后减小,熔池流动方向发生转变。当WC含量高于20wt.%时,WC颗粒在Marangoni力带动下弥散分布在熔覆层中。Ni60/WC熔覆层主要物相是γ（Ni,Fe）、FeNi₃、Cr₄Ni₁₅W、Ni₄B₃、M₂₃C₆、M₇C₃、Fe₃Ni₃B、Cr₅B₃、CrB、WC和W₂C。随着WC含量的增加,熔覆层树枝晶逐渐细化,硬质相由富Cr碳化物向富W碳化物转变,白色和灰色硬质相明显增多,位于白色和灰色相之间的共晶体数量也相应减少。此外,WC颗粒的添加,改变了Fe、W、Cr、B和C在熔覆层各区域的原子浓度分布,使得熔覆层结合强度提高。随着WC含量增加,熔覆层硬度逐渐增加,耐磨性、耐蚀性均先升高后降低,当WC添加量为30wt.%时熔覆层耐磨性、耐蚀性最好。（2）熔覆层工艺参数回归模型的构建与工艺参数优化。以熔覆层的熔宽、熔高、稀释率、表面成形状况、裂纹数量、硬度、组织均匀性等制定了工艺评价指标,通过调整激光功率、送粉电压、扫描速度等工艺参数,建立了硬度、熔宽、熔高、稀释率、质量评价指标与工艺参数之间相关性的回归模型,获得了制备无裂纹的Ni60/WC熔覆层的工艺参数窗口,优化了工艺参数。根据工艺参数优化窗口得到最佳熔覆条件:激光功率1.7kW、送粉电压7.2V、扫描速度2mm/s时,此时熔覆层硬度为59.6HRC,稀释率为6.7%,质量评价指标为89.2,满足优化要求。回归模型的试验验证表明,回归预测值与试验值较接近,相对误差都在10%以内,说明建立的回归模型能预测熔覆层特征与工艺参数之间的关系。相比高功率、低送粉电压制备的熔覆层,优化后的熔覆层无裂纹产生、硬度高,但耐磨性、耐蚀性降低,因而合理匹配功率、送粉电压和扫描速度使WC足量溶解固溶强化熔覆层,是制备低开裂倾向、高质量熔覆层的关键。（3）通过研究不同LaB₆含量的Ni60/WC熔覆层组织和性能,揭示了LaB₆对熔覆层裂纹敏感性的影响机制以及对熔覆层的强化机理。结果表明,随着LaB₆含量的增加,熔覆层的开裂倾向降低,熔宽逐渐增大,熔高先增大后减小而稀释率先减小后增加。同时,碳化物从树枝状,块状和条状M₂₃C₆转变为菱形M₇C₃,且尺寸逐渐减小。随着LaB₆含量的增加,熔覆层的平均硬度先增加后降低,且显微硬度的波动幅度逐渐降低。受金属间化合物的数量、硼化物硬质相的析出和微观偏析的影响,熔覆层的耐磨性随LaB₆含量的增加而降低。另外,添加0.6 wt.%和0.9 wt.%LaB₆熔覆层具有较好的耐蚀性,但添加LaB₆的熔覆层耐蚀性低于Ni60/WC熔覆层。因而,根据LaB₆含量与熔覆层裂纹敏感性、耐磨性、耐蚀性之间规律,要制备无裂纹、高质量熔覆层,LaB₆添加量不宜过多,最佳添加量为1.2wt.%,此时熔覆层开裂倾向最低,综合性能优于镍基熔覆层。（4）通过研究不同含量ZrW₂O₈的Ni60/WC熔覆层成型、裂纹敏感性、组织、显微硬度、耐磨性和耐蚀性,探索了ZrW₂O₈对熔覆层裂纹敏感性的影响机制以及对熔覆层的强化机理。结果表明,随着ZrW₂O₈含量的增加,熔覆层熔宽逐渐增大,熔高逐渐减小而稀释率先减小后增大,且裂纹敏感性降低。熔覆层存在γ（Ni,Fe）、Cr₄Ni₁₅W、Ni₄B₃、Cr₅B、WC和W₂C相,随ZrW₂O₈含量的增加,熔覆层其余FeNi₃、Fe₃Ni₂和M₂₃C₆相消失和Ni₁₇W₃、FeNi、M₃C₂和ZrO₂相原位生成。同时,随着ZrW₂O₈含量的增加,熔覆层组织中树枝晶和等轴晶的比例逐渐增大,晶粒逐渐细化,组织更加均匀致密,而熔覆层的显微硬度波动逐渐减缓和其平均值逐渐减小。除ZrW₂O₈含量为2%和4%的熔覆层外,ZrW₂O₈含量的增加显著提高了熔覆层的耐磨性和耐腐蚀性。制备的熔覆层不宜过低,当ZrW₂O₈含量为10wt.%时,熔覆层熔高适宜,此时熔覆层组织最为致密,无气孔、裂纹等缺陷,耐磨性、耐蚀性最好。所以,添加适量ZrW₂O₈可以制备高度适宜、低开裂倾向、高耐磨性、高耐蚀性的熔覆层。