激光熔覆可以用冶金结合和低稀释率的方法制备多种材料中的高质量,无孔隙和无裂纹的涂层,有效降低工业中材料因磨损和腐蚀带来的损失。然而传统激光熔覆涂层厚度过厚,表面制备效率较低限制了其使用范围。德国亚琛Fraunhofer激光技术研究所研发了一种超高速激光熔覆技术,能有效提高熔覆涂层的厚度且极大提高涂层制备效率,有效拓宽了激光熔覆的应用范围。本文利用大功率YLS-6000光纤激光器、ABB机器人、双筒送粉器、新型用于高速激光熔覆送粉装置和微型机床搭建高速激光熔覆实验平台。利用高速激光熔覆技术在直径为40mm的45#钢轴表面熔覆Ni45合金涂层,通过经典凝固理论解释了高速激光熔覆组织结构分布和形成规律,对比研究了传统和高速激光熔覆中工艺参数和冷却速率对涂层形貌、尺寸、微观组织、相结构的影响,并对比了相同材料下传统和高速激光熔覆所制备涂层的显微硬度、耐磨耐蚀性能的差异。主要研究成果如下:高速激光熔覆可实现76.86 m/min的熔覆速度和156.79 cm2/min的熔覆效率,相较于传统激光熔覆,速度和效率分别提高了128倍和8.7倍。与传统激光熔覆相比,高速激光熔覆涂层表面较为平整,具有较低的粗糙度。激光焦点和粉末焦点与工件的相对位置对高速激光熔覆成型的影响较大,两焦点重合并于工件上方4 mm时能得到成型良好且稀释率较低的熔覆层。高速激光熔覆时熔覆速度提高会有效降低涂层厚度,熔覆速度为76.86 m/min时,能得到厚度约为53.53μm的均匀涂层。与传统激光熔覆相似,高速激光熔覆涂层在界面区为垂直于界面生长的柱状晶,中部区域转变为没有明显方向性的树枝晶,顶部区域为极细小的树枝晶和等轴晶。不同的是在高激光熔覆速率下,R值（树枝状晶体尖端的生长速率）增加,导致G/R比降低（组织过冷）,并且显微组织趋向于等轴枝状结构。因此,随着扫描速率从37.68m/min增加到76.86 m/min,涂层显微组织逐渐细化程度远超传统激光熔覆,且在熔覆速度为76.86 m/min时顶部区域观察到尺寸为20-100 nm左右的纳米晶体。高速激光熔覆中涂层各区域冷却速率差异也远超传统激光熔覆,从界面区到顶部区域二次枝晶臂间距逐渐减小,冷却速率随二次枝晶臂的减小而呈指数级增大,当熔覆速度为76.86m/min时其顶部冷却速率可达1.68×106℃/s,超过底部冷却速率的100倍。传统激光熔覆Ni45表面显微硬度平均值仅为337HV0.2,而高速激光熔覆表面显微硬度远大于传统激光熔覆,最高可达543 HV0.2。然而高速激光熔覆各区域冷却速率相差较大导致显微组织尺寸相差较大,此外顶部区域在极大的冷却速率下生成了纳米晶,极大的增强了显微硬度。从而造成给高速激光熔覆涂层截面各区域显微硬度有所差异,其顶部硬度>中部硬度>底部硬度。随着高速激光熔覆中熔覆速度的上升,显微组织不断细化,粗大柱状晶转变为细小树枝晶,加上顶部区域纳米晶的形成,在较大提升了熔覆涂层硬度的同时,更致密的显微组织也提高了熔覆涂层的耐磨性。高速激光熔覆涂层的耐蚀性优于传统激光熔覆,而且在激光熔覆速度为76.86 m/min的熔覆层表层中纳米晶的存在提高元素扩撒速率,使得表面可以生成更厚的Si O2表面膜,能有效抑制金属的腐蚀进程,增强了涂层的耐蚀性。