发动机进、排气门是发动机燃烧室的关键零部件,进、排气门按照一定的规律打开或者关闭,使发动机燃烧室可以排出燃烧废气并及时获得新鲜空气,同时还有密封燃烧室的作用,对发动机的性能、油耗以及可靠性有着重要的影响。但发动机气门在工作时会承受较大的负荷,导致气门杆端面以及杆部常被磨损,造成发动机动力输出下降,燃油消耗增高。因此,对于发动机气门材料的强化工艺研究,具有重要的实际工程意义。40Cr10Si2Mo钢是一种气阀钢,常被用来制造发动机的气门。本课题采用激光熔覆技术,选择碳化钨含量为35%的镍包碳化钨粉末作为熔覆材料,在气阀钢表面制备Ni基WC熔覆层,以此来提升气阀钢的耐磨性或修复磨损的气门。首先,设计激光熔覆工艺参数的正交试验,通过比较磨损量来确定激光熔覆的工艺参数。其次,在熔覆前将基体表面预热至不同温度,通过观察与分析不同预热温度下Ni基WC熔覆层的表面形貌、物相、组织与性能,得到基体的最佳预热温度。接下来,通过在镍包碳化钨粉末中分别加入含量为0.5%、1%、1.5%的稀土Y2O3粉末,分析Y2O3含量对Ni基WC熔覆层形貌、物相、组织与性能的影响,得到Y2O3的最佳添加量。为防止熔覆层被过度氧化,以上试验均是在氮气直吹保护下进行的。最后,将氮气直吹保护改为真空环境保护,探究真空环境保护对Ni基WC熔覆层与Ni基WC/Y2O3熔覆层形貌、物相、组织与性能的影响。试验结果表明,在气阀钢表面激光熔覆镍包碳化钨粉末的最佳工艺参数为:激光功率1200W、扫描速度4mm/s、搭接率40%。在最佳工艺参数下得到的熔覆层耐磨性明显高于经过传统热处理的40Cr10Si2Mo钢,但在最佳工艺参数下得到的熔覆层表面存在宏观裂纹缺陷。通过在熔覆前预热基体可以消除熔覆层表面的宏观裂纹,减少熔覆层中的粗大硬质相的数量,但预热基体会增加熔覆层的稀释率,并使熔覆层内部的组织明显长大,虽然对熔覆层的性能有一定提升,但还没有发挥出Ni基WC熔覆层的最佳性能。稀土Y2O3的加入可以净化熔池、细化晶粒、降低稀释率,明显提升熔覆层的硬度与耐磨性;但Y2O3的过多加入会产生大量的难熔杂质,影响熔覆层的组织与性能;当稀土Y2O3的含量为1%时,熔覆层的组织与性能最为优异。经过测试与分析,加入1%Y2O3的Ni基WC熔覆层平均硬度为1054HV,磨损机理为磨粒磨损,比未添加稀土的Ni基WC熔覆层耐磨性提升了26.7%。真空环境保护对加入1%Y2O3的Ni基WC熔覆层组织与性能提升不明显;但真空环境保护可以明显改善Ni基WC熔覆层的组织,提升Ni基WC熔覆层的硬度与耐磨性。经过测试,在真空环境保护下得到的Ni基WC熔覆层的平均硬度为1020HV,磨损机理为磨粒磨损,比在氮气直吹保护下的熔覆层耐磨性提升了22.4%。因此通过激光熔覆技术可以在发动机气门材料表面制备出耐磨性优异并且缺陷极少的熔覆层。