高硬度涂层由于其较高的经济性和实用性,被广泛应用于采矿、工模具、机械、钢铁等产业。高硬度涂层的制备技术主要有等离子堆焊技术、热喷涂技术、电弧堆焊技术和激光熔覆技术等。这些技术在特定领域能一定程度上满足工业需要,但是由于高硬度涂层固有的富含硬脆相的组织特征,晶界一直是高硬度涂层的薄弱部位,在热应力、组织应力和残余应力的综合作用下极易产生裂纹。本文采用“晶界韧化”的思想,希望通过控制涂层的显微组织,达到避免涂层中产生裂纹的目的。为此,本文激光熔覆制备一种枝晶间分布残余奥氏体相的高硬度铁基涂层,涂层平均硬度约775 HV,多道搭接激光熔覆涂层中未发现裂纹缺陷。分别采用彩色金相技术、SEM、XRD、TEM表征涂层显微组织:涂层为均匀、细小的树枝晶组织形态。在涂层树枝晶的初生枝晶内为马氏体相,枝晶间为残余奥氏体相以及在残余奥氏体基体上弥散分布颗粒状碳化物;涂层溶质元素分布特征为枝晶间有Mo、Cr、W、Nb等元素偏聚,但涂层中的C元素分布均匀,这有利于避免枝晶间形成大块状碳化物。涂层树枝晶的枝晶间残余奥氏体基体上存在大量层错,并在层错密集区有马氏体相析出。通过制备常温、150℃、200℃、250℃、300℃和350℃预热的涂层试样,本文研究了基体预热温度对涂层宏观形貌、冷却速度、微观组织和力学性能的影响,并分析了预热温度对涂层显微组织和力学性能的影响机制。研究发现,随着基体预热温度的升高,涂层的稀释率呈现上升的趋势,同时涂层的冷却速率降低,二次枝晶臂间距增大。通过计算得到,随着预热温度的升高,涂层的凝固速度降低,使得涂层中溶质的有效分配系数k_a减小,因而涂层枝晶间C元素的偏析程度显著增加,而Cr、Mo、W和Nb元素的正偏析程度也有所增加。相应地,枝晶内正偏析溶质元素浓度降低,马氏体的过饱和程度降低,马氏体的晶格参数减小。随着预热温度的增加,枝晶内的C、Cr、Mo、W和Nb等溶质元素浓度降低,枝晶内马氏体开始转变温度M_s点升高,马氏体转变量增加,导致涂层中的残余奥氏体体积分数相应减小,马氏体的体积分数增加,涂层的平均硬度增加。随着预热温度的升高,枝晶间的C、Cr、Mo、W和Nb等溶质元素偏析程度增加,碳化物实际浓度积增加,枝晶间碳化物析出量增加,并在枝晶间形成共晶组织。这些研究为通过控制工艺从而控制铁基高硬度涂层的显微组织和力学性能提供了试验探索。