本文对现有超声冲击装置进行优化改造的基础上,试图将超声冲击这种高质、高效、灵活、少污染的强化方式引入到核主泵的常用材料—镍基合金堆焊层的表面强化处理中,在改善镍基合金堆焊层的微观组织结构及表面性能的同时,使堆焊层中残余拉应力转变为残余压应力,从而提高堆焊层的疲劳强度,为提高核主泵运行的安全可靠性、延长核主泵的使役寿命提供必要的技术支持。本文主要运用表面三维形貌仪、x射线衍射仪、扫描电镜(SEM)、电子探针(EMPA)、显微维氏硬度仪、摩擦磨损试验机以及三电极动电位扫描仪等设备,对冲击强化前后堆焊层进行宏观形貌、微观组织结构、表面性能测试,对冲击前后堆焊层的宏观形貌、表面粗糙度、微观组织、成分、显微硬度、残余应力、摩擦磨损以及耐蚀性能的变化情况进行了分析。宏观形貌和微观组织结构分析表明：冲击前后粗糙度变化不大,但一些表面由机械加工而产生的刀痕缺陷被冲击针头压实。超声冲击前后,镍基合金堆焊层表面丛本没有发生相变。堆焊层的微观组织主要为奥氏体枝晶+枝晶间共晶化合物。冲击处理前奥氏体枝晶完整,碳(硼)化物连续,冲击处理后,组织发生了细化,碳化物明显破碎。超声冲击处理后,表层的微观组织变得均匀、致密,一些焊接裂纹和疏松缺陷被消除,成分偏析明显减少。表面性能测试表明：超声冲击处理可明显提高镍基合金堆焊层表层的硬度,提高幅度达70HVN左右。超声冲击可明显改善镍基合金堆焊层的应力状态,使堆焊层表层大的残余拉应力得到松弛,减小幅度达平均在500MPa以上,一部分拉应力已经完全转变为对延长堆焊层疲劳寿命有益的压应力。超声冲击前后堆焊层表面摩擦磨损系数不变,磨痕深度减小5μm左右,磨痕体积减小30%左右,耐磨性有明显改善。超声冲击对镍基合金堆焊层表面的耐蚀性无明显影响。即超声冲击处理镍基合金堆焊层表面,在保证改善其它表面性能的同时,不会降低其在核环境(硼酸水溶液)下耐蚀能力。本研究能为超声冲击在表面强化领域,尤其在堆焊层强化中的应用提供了实验与理论的支持。